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Physiologie de Ganong et Levy | nts oculaires verticaux et horizontaux. Ces zones sont utilis es la fois par le cortex (lorsque des mouvements oculaires volontaires sont effectu s) et par les informations sensorielles qui d clenchent les mouvements oculaires r flexes. Berger GM. Cervelet. Dans : Organisation synaptique du cerveau. 5e d. Oxford, Royaume-Uni : Oxford University Press ; 2003 : Chapitre 7. Berger GM. Ganglions de la base. Dans : Organisation synaptique du cerveau. 5e d. Oxford, Royaume-Uni : Oxford University Press ; 2003 : chapitre 9. Xiao J, Cerminara NL, Kotsurovskyy Y et al. Variations r gionales syst matiques des mod les de dopage des cellules de Purkinje. PLoS UN. 2014;9 : e105633. A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Quel est le mod le de stratification de base du n ocortex, et comment les entr es et sorties corticales s'alignent-elles sur ce mod le de stratification ? Quelle est la signification fonctionnelle de la variation de la structure des couches entre les zones corticales ? 2. Quelles sont les principales fonctions de chacun des lobes du cerveau ? 3. Comment l lectroenc phalogramme (EEG) refl te-t-il l activit corticale ? Que sont les potentiels voqu s ? 4. Comment la dominance c r brale est-elle en corr lation avec la pr f rence du langage et de la main ? 5. Qu est-ce que l aphasie et qu est-ce qui est compromis dans les diff rents types d aphasie ? 6. Comment les processus synaptiques et cellulaires soutiennent-ils l apprentissage et la m moire ? Comment la m moire est-elle distribu e dans le cerveau ? 7. Quel r le la plasticit joue-t-elle dans le d veloppement neuronal et en r ponse aux l sions du syst me nerveux ? Dans les chapitres pr c dents, l'interaction du syst me nerveux avec le corps et le monde ext rieur a t discut e en termes de transduction et d'analyse des v nements sensoriels, d'organisation de la fonction motrice et de processus centraux relativement simples qui les relient, tels que les r flexes (par ex. , le r flexe d' tirement et le r flexe vestibulo-oculaire). Le syst me nerveux poss de d autres capacit s, dites int gratives ou fonctions sup rieures, qui sont moins directement li es des modalit s sensorielles ou un comportement moteur sp cifiques. Ces fonctions, en particulier, n cessitent des interactions entre diff rentes parties du cortex c r bral et, comme on le reconna t de plus en plus, entre le cortex c r bral et d'autres parties du cerveau. La base neuronale de certaines de ces fonctions sup rieures est discut e dans ce chapitre. Parce que ces fonctions (ainsi que la perception sensorielle et la fonction motrice volontaire) d pendent fortement du cortex c r bral, son organisation de base est d crite en premier. Le cortex c r bral Le cortex c r bral humain occupe un volume d'environ 600 cm3 et a une superficie de 2 500 cm2. La surface du cortex est tr s alambiqu e et pli e en cr tes appel es gyri. Les gyri sont s par s par des rainures appel es sillons (si peu profonds) ou fissures (si profonds ; voir Figure 4.7 ). Ce pliage augmente consid rablement la surface du cortex qui peut tre ins r e dans le volume limit et fixe du cr ne. En effet, la majeure partie du cortex n est pas visible depuis la surface du cerveau cause de ce repliement. Le cortex c r bral peut tre divis en h misph res gauche et droit et subdivis en plusieurs lobes (Fig. 10.1 Fig. 4.7 ), incluant les lobes frontal, pari tal, temporal et occipital. Les lobes frontal et pari tal sont s par s par le sillon central ; tous deux sont s par s du lobe temporal par la fissure lat rale. Les lobes occipitaux et pari taux sont s par s (sur la face m diale de l'h misph re) par la fissure pari to-occipitale (voir Figue. 10.1). Enfoui dans la fissure lat rale se trouve un autre lobe, l'insula (voir Figure 4.6A). Un groupe de structures qui composent le lobe limbique se trouve sur la face m diale de l'h misph re et sa plus grande partie, la formation hippocampique, est repli e dans le gyrus parahippocampique du lobe temporal et n'est pas visible depuis la surface du cerveau. L'activit dans les deux h misph res du cortex c r bral est coordonn e par des interconnexions via les commissures c r brales. La majeure partie du cortex est reli e par le corps calleux massif (voir Les figures. 4.9 10.1), et certaines parties des lobes temporaux se connectent par la commissure ant rieure. Il existe trois types de cortex c r bral : le n ocortex, l'archicortex et le pal ocortex. Le n ocortex comporte six couches corticales (Fig. 10.2 ). En revanche, l archicortex n a que trois couches et le pal ocortex en a quatre cinq. Chez l'homme, environ 90 % du cortex c r bral est constitu de n ocortex. Le n ocortex Types de cellules neuronales dans le n ocortex Un certain nombre de types de cellules neuronales diff rents dans le n ocortex ont t d crits (voir Figure 10.2 ). Les cellules pyramidales sont le type cellulaire le plus abondant et re |
Physiologie de Ganong et Levy | pr sentent environ 75 % des neurones n ocorticaux. Les cellules toil es et divers autres types de neurones non pyramidaux constituent l quilibre. Les cellules pyramidales ont un grand corps cellulaire triangulaire, une longue Fig. 10.1 Illustrations lat rales (A) et m diales (B) de l'h misph re gauche du cerveau humain avec les principales caract ristiques tiquet es et les lobes indiqu s par couleur. R, G, B et S indiquent, respectivement, le therostre, le genu, le corps et le spl nium du corps calleux. 3 me.Philadelphie:ChurchillLivingstone;2006.) I. Couche mol culaire II. Couche granulaire externe III. Couche pyramidale externe IV. V. VI.Couche polymorphe Bande externe de Baillarger Bande int rieure de Baillarger Fig. 10.2 Une zone du n ocortex color e par trois m thodes diff rentes. La coloration Nissl (au centre) montre les corps cellulaires de tous les neurones et r v le que diff rents types sont r partis parmi les six couches. Le Golgist est ( gauche) montre seulement un chantillon de la population neuronale mais r v le des d tails sur leurs dendrites. La coloration de Weigert forme la y line ( droite) d montre des faisceaux de fibres orient s verticalement entrant et sortant du cortex et parcourant horizontalement des fibres qui interconnectent les neurones au sein d'une couche. K. Zellenbaues. Leipzig:JABarth;1909.) dendrite apicale dirig e vers la surface corticale et plusieurs dendrites basales. L axone de la cellule merge du corps en face de la dendrite apicale, et ceux des cellules pyramidales plus grandes se projettent dans la substance blanche sous-corticale. L'axone peut mettre des branches collat rales lorsqu'il descend travers le cortex. Le neurotransmetteur des cellules pyramidales est un acide amin excitateur (glutamate ou aspartate). Les cellules toil es, souvent appel es cellules granulaires, sont des interneurones dot s de connexions locales. Ils ont un petit soma et de nombreuses dendrites ramifi es, bien que beaucoup aient une dendrite apicale et ressemblent ainsi de petites cellules pyramidales. Certains sont des interneurones excitateurs ; ces cellules sont abondantes dans la couche IV du cortex (d crite dans la section suivante). Leurs axones restent dans la m me r gion corticale et beaucoup montent dans les couches corticales sup rieures. Certaines cellules toil es sont des inter-neurones inhibiteurs dont le neurotransmetteur est l'acide gamma-aminobutyrique (GABA). Cytoarchitecture des couches corticales Chacune des six couches du n ocortex poss de un contenu cellulaire caract ristique (voir Figure 10.2 ). La couche I (couche mol culaire) comporte peu de corps cellulaires neuronaux et contient principalement des terminaisons axonales synaps es sur les dendrites apicales. La couche II (couche granulaire externe) contient principalement des cellules toil es. Couche III (couche pyramidale externe) se compose principalement de petites cellules pyramidales. La couche IV (couche granulaire interne) contient principalement des cellules toil es et une matrice dense d'axones. La couche V (couche pyramidale interne) est domin e par de grandes cellules pyramidales, principale source d'eff rents corticaux dans la plupart des r gions sous-corticales. La couche VI (couche multiforme) contient des cellules pyramidales, fusiformes et autres. La plupart des informations envoy es au cortex en provenance d'autres r gions du syst me nerveux central (SNC) sont relay es par les neurones du thalamus. Le pal ocortex comporte quatre cinq couches. Le pal ocortex est situ la fronti re entre l'archicortex et le n ocortex. Chez l'homme, la formation hippocampique fait partie de l'archicortex. Il est repli dans le lobe temporal et ne peut tre visualis que lorsque le cerveau est diss qu . Le cortex hippocampique comporte trois couches : les couches mol culaire, cellulaire pyramidale et polymorphe. Ils ressemblent aux couches I, V et VI du n ocortex. La substance blanche recouvrant l'hippocampe s'appelle l'alveus et contient des fibres aff rentes et eff rentes de l'hippocampe. Les axones eff rents fusionnent pour former le fornix (Fig. 10.4). Fonctions des lobes du cortex c r bral Il n'y a pas de correspondance exacte entre les plis (lobes et gyri) du cortex c r bral et la fonction ; n anmoins, certains lobes individuels des h misph res c r braux ont une association g n rale avec une fonction qui aide clarifier l'organisation corticale. L une des principales fonctions du lobe frontal est le comportement moteur. Comme indiqu dans la figure , les zones motrices, pr motrices, cingulaires et motrices suppl mentaires sont situ es Fig. 10.3 Zones de Brodmann dans le cortex c r bral humain. (Redessin de CrosbyEC, etal. Correlative Anatomy of the Nervous System. NewYork : Macmillan ; 1962.)6312578910113825273029262834363523312433321237201919181817B Fig. 10.4 L'hippocampe et l'amygdale sont situ s sur la face m diale du lobe temporel. Le fornix, la prin |
Physiologie de Ganong et Levy | cipale voie de sortie de l'hippocampe, se projette sur le corps mammillaire, qui son tour se connecte au noyau ant rieur mou de l'h thalamus via le tractus mammillothalamic. les noyaux eptal, le noyau du lit du striaterminalis, le noyau accumbens) et le cortex pr frontal. Ces zones sont cruciales pour la planification et l ex cution du comportement moteur. Broca Cette zone, essentielle la g n ration de la parole, est situ e dans le gyrus frontal inf rieur de l'h misph re dominant du langage humain (presque toujours l'h misph re gauche, comme expliqu plus loin). De plus, le cortex pr frontal plus ant rieur joue un r le majeur dans la personnalit et le comportement motionnel. Les l sions bilat rales du cortex pr frontal peuvent tre produites soit par une maladie, soit par une lobotomie frontale chirurgicale. De telles l sions entra nent des d ficits d'attention, des difficult s de planification et de r solution de probl mes, ainsi qu'un comportement social inappropri . Le comportement agressif est galement att nu et la composante motivationnelle-affective de la douleur est r duite bien que la sensation de douleur demeure. Les lobotomies frontales sont rarement pratiqu es aujourd hui car les th rapies m dicamenteuses modernes permettent une prise en charge plus cibl e et plus efficace de la maladie mentale et de la douleur chronique. Le lobe pari tal contient le cortex somatosensoriel (voir ) et le cortex d'association pari tal adjacent. Le cortex associatif pari tal re oit des informations des cortex somatosensoriel, visuel et auditif et est impliqu dans le traitement, la perception et l'int gration des informations sensorielles. Les connexions avec le lobe frontal permettent aux informations somatosensorielles de faciliter l'activit motrice volontaire. Les informations somatosensorielles, visuelles et auditives peuvent galement tre transf r es vers des centres de langage, tels que la zone de Wernicke, comme d crit plus loin. Les l sions du lobe pari tal gauche peuvent entra ner le syndrome de Gerstmann, qui comprend l incapacit d une personne nommer ses doigts (ou ceux d une autre) et une perte de la capacit d effectuer des calculs num riques. Le lobe pari tal droit est impliqu dans la d termination du contexte spatial. L sions localis es peut entra ner le syndrome de n gligence, dans lequel le patient semble ignorer le c t gauche de son corps et les personnes, objets et v nements se trouvant sa gauche. (Voir un " Dans la case "Dans la clinique" plus loin dans ce chapitre.) La fonction principale du lobe occipital est le traitement visuel et la perception (voir ). Le cortex visuel primaire (zone Brodmann 17) tapisse le sulcus calcarin et est flanqu de cortex visuels secondaire (zone Brodmann 18) et tertiaire (zone Brodmann 19). Les l sions de ces zones du gyrus cuneus entra nent une c cit dans le champ visuel controlat ral inf rieur ; ceux du gyrus lingual entra nent une c cit dans le champ visuel controlat ral sup rieur. Les connexions avec les champs oculaires frontaux affectent la direction du regard, et les projections vers le m senc phale aident au contr le de l' il convergent. Deux zones importantes pour la planification et l'ex cution des t ches motrices sont le cortex pari tal et le cortex frontal, le premier car il int gre les informations sensorielles n cessaires pour d finir le contexte de la t che (voir ). Des neurones miroirs ont t trouv s dans les cortex pari tal inf rieur et frontal inf rieur des macaques. Ces cellules r pondent lors de l'ex cution d'une t che motrice sp cifique et galement lors de l'observation de la m me t che effectu e pour un m dicament par un autre animal. Parce que ces cellules miroir semblent coder et r pondre des t ches tr s sp cifiques et particuli res, il a t sp cul qu'elles peuvent sous-tendre de telles fonctions telles que la compr hension des intentions des autres et des autres. thy, ainsi que la capacit d'apprendre des t ches partir de l'observation. Chez l'homme, l'activit EEG coh rente avec le comportement de ces neurones miroirs a t localis e dans les lobes frontaux inf rieurs et pari taux sup rieurs. L'autisme, qui implique une incapacit lire les intentions et les motions des autres, a t li au manque de neurones miroirs par des preuves EEG. mouvements, constriction pupillaire et accommodation, qui se produisent tous lorsque les yeux s'ajustent la vision de pr s. Le lobe temporal a de nombreuses fonctions diff rentes, notamment le traitement et la perception des sons et des informations vestibulaires et le traitement visuel d'ordre sup rieur (voir ). Par exemple, le cortex infratemporal, sur sa face inf rieure, est impliqu dans la reconnaissance des visages. De plus, l anse de Meyer, qui fait partie de la voie optique, traverse le lobe temporal. En cons quence, les l sions du lobe temporal peuvent endommager la vision dans la partie sup rieure du champ visuel. De m me, une partie de l aire de |
Physiologie de Ganong et Levy | Wernicke, essentielle la compr hension du langage, se situe dans la r gion post rieure du lobe temporal. Le syst me limbique domine le lobe temporal m dial (voir Fig. 10.4 ), et il participe au comportement motionnel ainsi qu' l'apprentissage et la m moire (voir la section Apprentissage et m moire ). Le syst me limbique aide contr ler le comportement motionnel, en partie par une influence sur l'hypothalamus via le circuit Papez. Ce circuit s' tend du gyrus cingulaire au cortex entorhinal et l'hippocampe, et de l , via le fornix, aux corps mamillaires de l'hypothalamus. Le tractus mammillothalamique relie ensuite l'hypothalamus aux noyaux thalamiques ant rieurs, qui se projettent vers le gyrus cingulaire (voir Figure 10.4 ). De plus, l hippocampe et l amygdale sont reli s au cortex pr frontal, au cerveau ant rieur basal et au cortex cingulaire ant rieur. Les l sions bilat rales du lobe temporal peuvent produire le syndrome de Kl ver-Bucy, caract ris par une perte de la capacit reconna tre la signification des objets partir d'indices visuels (agnosie visuelle) ; une tendance examiner oralement tous les objets, m me dangereux ; attention aux stimuli non pertinents ; hypersexualit ; un changement dans les habitudes alimentaires ; et une diminution de l' motivit . Bien que ce syndrome ait t initialement d crit comme faisant suite de larges l sions de la majeure partie ou de la totalit du lobe temporal, des tudes plus r centes ont mis en vidence le r le de l'amygdale. L'amygdale conditionne le association de peur avec des stimuli douloureux et peut d clencher, via des connexions au cortex frontal m dial et au gyrus cingulaire ant rieur, des r ponses motionnelles ou d' vitement lorsque ces stimuli se reproduisent. De plus, l amygdale se projette vers le noyau accumbens, une r gion des noyaux gris centraux qui a t appel e centre de r compense . Le noyau accumbens signale des v nements agr ables en r ponse l apport dopaminergique de la zone tegmentale ventrale du tronc c r bral et constitue galement le site le plus courant de plaques et d enchev trements associ s la maladie d Alzheimer. Les fonctions des diff rents lobes du cortex c r bral ont t d finies en fonction la fois des effets des l sions produites par la maladie ou de ceux des interventions chirurgicales pour traiter les maladies chez l'homme et partir d'exp rimentations sur les animaux. ont t corr l es aux localisations c r brales qui donnent lieu des convulsions (foyers de crises d' pilepsie). Par exemple, les foyers d' pilepsie dans le cortex moteur provoquent des mouvements du c t controlat ral ; les mouvements exacts sont li s l'emplacement somatotopique du foyer de crise. Les crises qui prennent naissance dans le cortex somatosensoriel provoquent une aura pileptique. De m me, les crises qui commencent dans le cortex visuel provoquent une aura visuelle (scintillati ons, couleurs), celles du cortex auditif provoquent une aura auditive (bourdonnement, bourdonnement, sonnerie) et celles du cortex vestibulaire provoquent une sensation de rotation. facilement dans le lobe temporal ; de plus, une aura malodorante peut tre per ue si le cortex olfactif est impliqu (ajustement non cin ). L'activit lectrique du cortex Un lectroenc phalogramme (EEG) est un enregistrement de l'activit lectrique neuronale du cortex c r bral r alis par des lectrodes plac es sur le cr ne. Les ondes EEG refl tent normalement la somme des courants extracellulaires r sultant de la g n ration de potentiels synaptiques dans les cellules pyramidales et constituent donc un type de champ. potentiel. Parce que les courants g n r s par une seule cellule sont trop petits pour tre d tect s comme des v nements discrets par une lectrode sur le cr ne (pour enregistrer l'activit d'un seul neurone, une micro lectrode doit tre plac e quelques microns du neurone), les ondes EEG refl tent le activit combin e de nombreuses cellules pyramidales. De plus, pour que l activit d un groupe de neurones g n re un v nement d tectable sur l EEG, ils doivent tre orient s de mani re ce que leurs courants individuels s additionnent pour produire un champ d tectable. La disposition des neurones pyramidaux, avec leurs dendrites apicales align es parall lement pour former une feuille dipolaire, est particuli rement favorable pour g n rer de grands potentiels de champ. Un p le de cette feuille est orient vers la surface corticale et l'autre vers la substance blanche sous-corticale. Ainsi les courants g n r s Fig. 10.5 Les trac s lectroenc phalographiques pendant la somnolence ; les stades 1, 2 et 4 du sommeil ondes lentes (mouvements oculaires non rapides [non REM]) ; et du sommeil paradoxal. (Modifi partir de ShepherdGM. Neurobiology. Londres : Oxford University Press ; 1983.) par les cellules pyramidales corticales ont une orientation similaire et peuvent donc se r sumer pour produire un potentiel de champ d tectable |
Physiologie de Ganong et Levy | . Le besoin de sommation explique galement pourquoi les signaux EEG refl tent principalement des potentiels synaptiques plut t que des potentiels d'action : les v nements lectriques doivent se chevaucher dans le temps pour pouvoir s'additionner, et les potentiels synaptiques ont des dur es beaucoup plus longues que les potentiels d'action. Le signe d une onde EEG peut tre positif ou n gatif, mais sa direction elle seule n indique pas si les cellules pyramidales sont excit es ou inhib es. Par exemple, un potentiel EEG n gatif peut tre g n r la surface du cr ne (ou du cortex) par excitation des dendrites apicales ou par inhibition proximit des somas. A l inverse, une onde EEG positive peut tre produite par inhibition des dendrites apicales ou par excitation proximit des somas. Un trac EEG normal se compose d ondes de diff rentes fr quences. Les fr quences dominantes d pendent de plusieurs facteurs, dont l' tat d' veil, l' ge du sujet, l'emplacement des lectrodes d'enregistrement et l'absence ou la pr sence de m dicaments ou de maladies. Lorsqu'un adulte normal veill est d tendu et les yeux ferm s, les fr quences dominantes de l'EEG enregistr es sur les lobes pari taux et occipitaux sont d'environ 8 12 Hz, le rythme alpha. Si on demande au sujet d'ouvrir les yeux, la vague devient moins synchronis , et la fr quence dominante augmente jusqu' 13 30 Hz, ce qu'on appelle le rythme b ta. Les rythmes delta (0,5 2 Hz) et th ta (3 7 Hz) sont observ s pendant le sommeil (voir la discussion suivante ; Fig.10.5 ). En outre, de br ves ondes EEG existent et, en raison de leur forme, sont parfois appel es pointes, mais cela n'implique pas qu'elles soient associ es des potentiels d'action. Un changement EEG qui peut tre provoqu par un stimulus est appel potentiel voqu cortical. Un potentiel voqu cortical est mieux enregistr partir de la partie du cr ne situ e sur la zone corticale activ e. Par exemple, un stimulus visuel entra ne un potentiel voqu qui peut tre mieux enregistr au-dessus de l'os occipital, alors qu'un potentiel voqu somatosensoriel est enregistr plus efficacement pr s de la jonction des os frontal et pari tal. Les potentiels voqu s refl tent l'activit d'un grand nombre de neurones corticaux. Ils peuvent galement refl ter une activit dans les structures sous-corticales. Les potentiels voqu s sont petits par rapport la taille des ondes EEG. Cependant, leur apparence peut tre am lior e par un processus appel moyenne du signal. Dans ce processus, la stimulation est r p t e et les EEG enregistr s au cours de chaque essai sont moyenn s lectroniquement. chaque r p tition du stimulus, le potentiel voqu appara t un moment fixe apr s le stimulus. Lorsque les enregistrements sont moyenn s, les composants de l'EEG qui ont une association temporelle al atoire avec le stimulus s'annulent, tandis que les potentiels voqu s s'additionnent. Les potentiels voqu s sont utilis s cliniquement pour valuer l'int grit d'une voie sensorielle, au moins au niveau de la zone de r ception sensorielle primaire. Ces potentiels peuvent tre enregistr s chez les individus dans le coma, ainsi que chez les nourrissons trop jeunes pour passer un examen sensoriel. Les parties initiales du potentiel voqu auditif refl tent en fait l'activit dans le cerveau. m ; par cons quent, ce potentiel voqu peut tre utilis pour valuer la fonction des structures du tronc c r bral. Le sommeil et l veil font partie des nombreuses fonctions du corps qui pr sentent une p riodicit circadienne (environ 1 jour). Les changements caract ristiques de l'EEG peuvent tre corr l s des changements dans l' tat comportemental au cours du cycle veille-sommeil. L activit des ondes b ta domine chez un individu veill et excit . L EEG est dit d synchronis ; il affiche une activit basse tension et haute fr quence. Chez les individus d tendus, les yeux ferm s, l'EEG est domin par les ondes alpha (voir Fig.10.5 ). Une personne qui s'endort passe s quentiellement par quatre tapes de sommeil lent (appel es tapes 1 4) sur une p riode de 30 45 minutes (voir Fig.10.5 ). Au stade 1, les ondes alpha sont entrecoup es d ondes de fr quence plus basse appel es ondes th ta. Au stade 2, les ondes ralentissent davantage, mais l'activit des ondes lentes est interrompue par des fuseaux de sommeil, qui sont des sursauts d'activit entre 12 et 14 Hz, et par de grands complexes K (potentiels importants et lents). Le sommeil de stade 3 est associ des ondes delta et des fuseaux de sommeil occasionnels. L' tape 4 est caract ris e par des ondes delta sans fuseaux. Pendant le sommeil lent, les muscles du corps se d tendent, mais la posture est ajust e par intermittence. La fr quence cardiaque et la tension art rielle diminuent et la motilit gastro-intestinale augmente. La facilit avec laquelle les individus peuvent tre r veill s diminue progressivement mesure qu ils traversent ces phases de somme |
Physiologie de Ganong et Levy | il. Au fur et mesure que les individus se r veillent, ils traversent les phases de sommeil dans l ordre inverse. Toutes les 90 minutes environ, le sommeil lent se transforme en une forme diff rente de sommeil, appel e sommeil paradoxal (REM). En sommeil paradoxal, l EEG se d synchronise nouveau. L'activit rapide et basse tension du sommeil paradoxal ressemble celle observ e dans l'EEG d'un sujet excit (voir Figue. 10.5 , trace du bas). En raison de la similitude de l'EEG avec celui d'un individu veill et de la difficult Au r veil de la personne, le terme sommeil paradoxal caract rise ce type de sommeil. Le tonus musculaire est compl tement perdu, mais des contractions phasiques se produisent dans un certain nombre de muscles, notamment les muscles oculaires. Les mouvements oculaires rapides qui en r sultent sont la base du nom de ce type de sommeil. De nombreux changements autonomes ont galement lieu. La r gulation de la temp rature est perdue et la m iose se produit. Une rection p nienne peut survenir pendant ce type de sommeil. La fr quence cardiaque, la tension art rielle et la respiration changent par intermittence. Plusieurs pisodes de sommeil paradoxal surviennent chaque nuit. Bien qu il soit difficile de r veiller une personne du sommeil paradoxal, l veil interne est courant. La plupart des r ves se produisent pendant le sommeil paradoxal. Le sommeil Le cycle de r veil a une p riodicit endog ne d'environ 25 heures, mais il est normalement entra n vers le cycle jour-nuit. La source de la p riodicit circadienne semble tre le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus. Ce noyau re oit des projections de la r tine et ses neurones semblent former une horloge biologique qui s'adapte la lumi re. cycle d'obscurit . Cependant, l'entra nement peut tre perturb lorsque le sujet est isol de l'environnement ou change de zone d'estime (d calage horaire). La destruction du noyau suprachiasmatique perturbe un certain nombre de rythmes biologiques, y compris le cycle veille-sommeil. La proportion de sommeil lent (non paradoxal) par rapport au sommeil paradoxal varie avec l' ge. Les nouveau-n s passent environ la moiti de leur temps de sommeil en sommeil paradoxal, tandis que les personnes g es ont peu de sommeil paradoxal. Environ 20 25 % du sommeil des jeunes adultes est du sommeil paradoxal. Le m canisme du sommeil n est pas compl tement compris. La stimulation dans le tronc c r bral dans une vaste r gion connue sous le nom de syst me d activation r ticulaire provoque une veil et une activit EEG rapide et basse tension. On pensait autrefois que le sommeil tait caus par un niveau r duit d activit du syst me d activation r ticulaire. Cependant, des donn es substantielles, y compris les observations selon lesquelles l'anesth sie du tronc c r bral inf rieur entra ne une veil et que la stimulation de la moelle pr s du noyau du tractus solitaire peut induire le sommeil, sugg rent que le sommeil est un processus actif. Les enqu teurs ont tent de trouver une relation entre les m canismes du sommeil et les r seaux du tronc c r bral dans lesquels des neurotransmetteurs particuliers, notamment la s rotonine, la noradr naline et l'ac tylcholine, sont utilis s ; les manipulations des niveaux de ces metteurs dans le cerveau peuvent affecter le cycle veille-sommeil. Cependant, une explication neurochimique d taill e des m canismes neuronaux du sommeil n est pas encore disponible. De m me, le but du sommeil n est toujours pas clair. Cependant, cette valeur doit tre lev e, car une grande partie de la vie se passe dans le sommeil et parce que le manque de sommeil peut tre d bilitant. Les troubles m dicalement importants du cycle veille-sommeil comprennent l insomnie, l nur sie nocturne, le somnambulisme, l apn e du sommeil et la narcolepsie. Figue. 10.6 Anomalies lectroenc phalographiques (EEG) dans plusieurs formes d' pilepsie. A, trac s EEG pendant les phases tonique (gauche) et clonique (droite) d'une crise atonique-clonique (grande). B, composantes de pointe et d'onde d'une absence (petite) crise. C, Tra age EEG chez une personne atteinte d' pilepsie temporale.D, Tra age EEG d'une crise focale. (Redessin de Eyzaguirre C, Fidone SJ. Physiologie du syst me nerveux. 2e. St. Louis : Mosby ; 1975.) L'EEG devient anormal dans diverses circonstances pathologiques. Par exemple, pendant le coma, l'EEG est domin par l'activit delta. La mort c r brale est d finie par une onde EEG plate maintenue. pilepsie provoque g n ralement, et peut tre diagnostiqu par, des anomalies sp cifiques l'EEG. Il existe de nombreuses formes d' pilepsie, et des exemples de sch mas EEG de certains de ces types d' pilepsie sont pr sent s dans Figure 10.6. Les crises d' pilepsie peuvent tre partielles ou g n ralis es. Une forme de crise partielle prend son origine dans le cortex moteur et entra ne des contractions localis es des muscles controlat raux. Les contractions peuvent alors se prop |
Physiologie de Ganong et Levy | ager aux autres muscles ; une telle propagation suit la s quence somatotopique du mot. ou du cortex (voir ). Cette progression st r otyp e est appel e une marche jacksonienne. Crises partielles complexes (pouvant survenir lors de crises psychomotrices) l' pilepsie) proviennent des structures limbiques du lobe temporal et entra nent des illusions et une activit motrice semi-intentionnelle. Pendant et entre les crises focales, les enregistrements du scalp peuvent r v ler des pics d'EEG (voir Figue. 10.6C et D Les crises g n ralis es impliquent de vastes zones du cerveau et une perte de conscience. Deux types majeurs sont r p titifs et Bien que la droiterie repr sente une dominance sensorimotrice de l'h misph re gauche et la gaucherie repr sente une dominance sensorimotrice de l'h misph re droit, la dominance c r brale est attribu e l'h misph re dans lequel le langage doit communiquer ; chez l'homme, l'h misph re gauche est l'h misph re dominant chez plus de 90 % des droitiers et des gauchers. Cette domination des crises de grand mal. Dans l' pilepsie masculine, la conscience est perdue de mani re transitoire (g n ralement pendant moins de 15 secondes) et l'EEG affiche une activit de pointes et d'ondes (voir Figure 10.6B ).Dans les crises grand-m res, la perte de conscience est plus longue et la personne atteinte peut tomber si elle est debout lorsque ces crises commencent. Ces crises d butent par une augmentation g n ralis e du tonus musculaire (phase tonique), suivie d'une s rie de mouvements saccad s (phase clonique). L'intestin et la vessie peuvent tre vacu s. L'EEG montre une activit de crise largement r partie (voir Fig. 10.6A). Les pics EEG qui se produisent entre des crises graves sont appel s pics intercritiques. Des v nements similaires peuvent tre tudi s exp rimentalement. des d polarisations durables, appel es changements de d polarisation, qui d clenchent des potentiels d'action r p titifs dans les neurones corticaux. Ces changements de d polarisation peuvent refl ter plusieurs changements dans les foyers d' pilepsie. De tels changements incluent le Ca++- r g n ratif potentiels d'action dendritique m di s dans les neurones corticaux et r duction des interactions inhibitrices dans les circuits corticaux. Potentiels de champ lectrique et lib ration de K+ et les acides amin s excitateurs des neurones hyperactifs peuvent galement contribuer l augmentation de l excitabilit corticale. a t d montr (1) par les effets de l sions de l'h misph re gauche qui produisent des d ficits de la fonction du langage (aphasie) et (2) par l'aphasie transitoire (incapacit de parler ou d' crire) qui se produit lorsqu'un anesth sique courte dur e d'action est introduit dans l'art re carotide gauche. Les l sions de l h misph re non dominant et l injection d anesth sique dans celui-ci n affectent g n ralement pas de mani re substantielle le langage. Plusieurs zones de l'h misph re gauche sont impliqu es dans le langage. L aire de Wernicke est une vaste zone situ e dans la partie post rieure du gyrus temporal sup rieur, s tendant de l arri re du cortex auditif jusqu au lobe pari tal. Une autre zone de langage importante, l aire de Broca, se situe dans la partie post rieure du gyrus frontal inf rieur, pr s de la repr sentation faciale du cortex moteur. Les dommages caus s la zone de Wernicke entra nent une aphasie r ceptive, dans laquelle la personne a des difficult s comprendre le langage parl et crit ; cependant, la production de la parole reste fluide, m me si elle n'a aucun sens. l inverse, une l sion dans la r gion de Broca provoque une aphasie expressive, dans laquelle les individus ont des difficult s g n rer la parole et l criture, bien qu ils puissent relativement bien comprendre le langage. Les termes aphasie sensorielle et aphasie motrice sont souvent chang s respectivement avec aphasie r ceptive et aphasie expressive. Les premiers termes sont toutefois trompeurs : une personne ayant des capacit s r ceptives L'aphasie peut ne pas avoir de d ficience auditive ou visuelle, et une personne souffrant d'aphasie expressive peut avoir un contr le moteur normal des muscles responsables de la parole ou de l' criture. L'aphasie ne d pend pas d'un d ficit de sensation ou de motricit ; il s agit plut t d une incapacit d coder les informations sensorielles cod es par le langage en concepts ou encoder des concepts en langage. Cependant, les l sions de l'h misph re dominant peuvent tre suffisamment importantes pour entra ner des formes mixtes d'aphasie, ainsi que des modifications sensorielles ou une paralysie de certains muscles utilis s pour exprimer le langage. Par exemple, cette derni re situation pourrait se produire avec une l sion de la partie de repr sentation du visage du cortex moteur qui entra nerait une incapacit manipuler l'appareil moteur n cessaire la parole (cordes vocales, m choires, langue, l vres) et se manifesterait par une parole floue. |
Physiologie de Ganong et Levy | cause de la dysarthrie, un d ficit m canique. Une personne affect e serait cependant capable d crire si le cortex moteur desservant le membre sup rieur n tait pas affect . Communication interh misph rique et corps calleux Les deux h misph res c r braux peuvent fonctionner de mani re quelque peu ind pendante, comme dans le contr le d'une seule main. Cependant, les informations doivent tre transf r es entre les h misph res pour coordonner l activit des deux c t s du corps. Une grande partie de ces informations est transmise par le corps calleux, bien qu'une partie soit transmise par d'autres commissures (par exemple, la commissure ant rieure ou la commissure de l'hippocampe). L'importance du corps calleux pour le transfert interh misph rique d'informations est illustr e dans la figure 10.7A. Un animal avec un chiasma optique et un corps calleux intacts et avec l' il gauche ferm apprend une t che de discrimination visuelle (voir Figue. 10.7A). L'information est transmise aux deux h misph res via des connexions bilat rales tablies par le chiasma optique ou via le corps calleux, ou les deux. Lorsque l'animal est test avec l' il gauche ouvert et l' il droit ferm (voir Fig. 10.7A, au centre), la t che peut toujours tre ex cut e car les deux h misph res ont appris la t che. Si le chiasma optique est sectionn avant le dressage de l'animal, le r sultat est le m me (voir Figure 10.7B). Les informations sont vraisemblablement transf r es entre les deux h misph res via le corps calleux. Ce r sultat peut tre confirm en coupant la fois le chiasma optique et le corps calleux avant l'entra nement (voir Figure 10.7C ). Ensuite, les informations ne sont pas transf r es et chaque h misph re doit apprendre la t che de mani re ind pendante. Une exp rience similaire a t men e chez des patients humains ayant subi une transection chirurgicale du corps calleux pour emp cher la propagation interh misph rique de l' pilepsie ( Fig.10.8 ). Le chiasma optique restait intact, mais les informations visuelles taient dirig es vers l un ou l autre h misph re par la vision du patient fixant le point central de l cran. Une image ou le nom d'un objet tait ensuite projet sur un c t du point de fixation, de sorte que les informations visuelles sur l'image n'atteignaient que l'h misph re controlat ral. Une ouverture sous l' cran permettait au patient de manipuler des objets invisibles. Les objets comprenaient ceux montr s dans les images projet es. Les individus normaux seraient capables de localiser le bon objet avec l une ou l autre main. Cependant, les patients pr sentant un corps calleux sectionn ne pouvaient localiser le bon objet qu'avec la main ipsilat rale l'image projet e (controlat ral l'h misph re qui a re u l'information visuelle). Pour que la main explore et Pour reconna tre le bon objet, les informations visuelles doivent avoir acc s aux zones somatosensorielles et motrices du cortex. Avec la coupe des corps calleux, les zones visuelles et motrices ne sont interconnect es que du m me c t du cerveau. Un autre test consistait demander au patient d'identifier verbalement quel objet tait vu sur la photo. Le patient r pondrait verbalement correctement une image projet e droite du point de fixation, car l'information visuelle n'atteignait que l'h misph re gauche ( dominante linguistique). Cependant, le patient ne pouvait pas identifier verbalement une image pr sent e l h michamp gauche car l information visuelle n atteignait que l h misph re droit. Des observations similaires peuvent tre faites chez des patients pr sentant un corps calleux sectionn lorsque diff rentes formes de stimuli sont utilis es. Par exemple, lorsque ces patients re oivent l ordre verbal de lever le bras droit, ils le font sans difficult . Les centres du langage de l h misph re gauche envoient des signaux aux aires motrices homolat rales, et ces signaux produisent le mouvement du bras droit. Cependant, ces patients ne peuvent pas r pondre une commande de lever le bras gauche. Les zones du langage du c t gauche ne peuvent influencer les zones motrices de droite que si le corps calleux est intact. Les stimuli somatosensoriels appliqu s au c t droit du corps peuvent tre d crits par les patients pr sentant un corps calleux sectionn , mais ces patients ne peuvent pas d crire les m mes stimuli appliqu s au c t gauche du corps. Les informations qui atteignent les zones somatosensorielles droites du cortex ne peuvent pas atteindre les centres du langage si le corps calleux a t coup . En plus du langage, d autres diff rences dans les capacit s fonctionnelles des deux h misph res peuvent tre compar es en explorant les performances des individus pr sentant un corps calleux sectionn . Ces patients r solvent CHAPITRE 10 Fonctions int gratives du syst me nerveux 219 Fig. 10.7 R le du corps calleux dans le transfert interh misph rique de l'information visuelle lorsque l'apprentissage implique un seul il.A, La discrimina |
Physiologie de Ganong et Levy | tion d pend de la distinction entre une croix et un cercle. B, La discrimination s'effectue entre triangles orient s avec le sommet vers le haut ou vers le bas. C, La discrimination se fait entre les barres verticales et horizontales. Figue. 10.8 Illustration de tests chez un patient pr sentant un corps calleux sectionn . A, Le patient se fixe sur un point sur l' cran de projection arri re et les images sont projet es de chaque c t du point de fixation. La main peut palper des objets qui correspondent aux images projet es, mais ces objets ne peuvent pas tre vus. B, R ponse de la main gauche une image d'une touche dans le champ de vision gauche. Cependant, la r ponse verbale est que les patients eesapictureofaring. (Redessin partir de SperryRW.In: SchmittFO, WordenFG [eds]. The Neurosciences: Third Study Program. Cambridge, MA: MITPress; 1974.) les puzzles tridimensionnels sont meilleurs avec l'h misph re droit qu'avec l'h misph re gauche, ce qui sugg re que l'h misph re droit dispose de fonctions sp cialis es pour les t ches spatiales. D'autres fonctions qui semblent tre davantage associ es l'h misph re droit qu' l'h misph re gauche sont l'expression du visage, le langage corporel et l'intonation de la parole ( Figure 10.9 ). Les patients pr sentant un corps calleux sectionn manquent de coordination interh misph rique normale. Lorsqu'ils s'habillent, par exemple, une main peut boutonner une chemise tandis que l'autre essaie de la d boutonner. L'observation de ces patients indique que les deux h misph res peuvent fonctionner de mani re tout fait ind pendante lorsqu'ils ne sont plus interconnect s. Cependant, un h misph re peut s exprimer par le langage, tandis que l autre ne communique que de mani re non verbale. L un des exemples les plus frappants de diff rence interh misph rique est le ph nom ne de n gligence corticale , cons quence d une l sion du cortex pari tal de l h misph re non dominant (g n ralement droit). Dans de tels cas, le patient ignore les objets et les individus dans le champ visuel gauche, dessine des objets incomplets gauche, nie Le patient nie galement avoir de telles difficult s (anosognosie). Bien que le patient puisse r agir au toucher et la piq re d' pingle sur le c t gauche du corps, il ne peut pas identifier les objets. La l sion est adjacente au premier cortex somatosensoriel (SI), ainsi qu'au cortex d'association visuelle, et elle sugg re que cette r gion joue un r le particulier dans la perception de l'image corporelle et de l'espace extrapersonnel imm diat. (incapacit d'identifier les personnages dessin s sur la paume) et st r ognose (impossibilit d'identifier un objet uniquement au toucher). Les principales fonctions des niveaux sup rieurs du syst me nerveux sont l apprentissage et la m moire. L apprentissage est un m canisme neuronal par lequel le comportement de l organisme change la suite de l exp rience. La m moire est le m canisme de stockage de ce qui est appris. Les circuits neuronaux impliqu s dans la m moire et l apprentissage chez les mammif res sont complexes et difficiles tudier. Les approches alternatives sont les tudes animales (en particulier dans les syst mes nerveux les plus simples des invert br s), l'analyse des cons quences fonctionnelles des l sions et les tudes anatomiques/physiologiques au niveau cellulaire et des voies. Par exemple, chez le mollusque marin Aplysia, il a t possible d'isoler une connexion entre un seul neurone sensoriel et un motoneurone, qui pr sente des aspects d'accoutumance (apprendre ne pas r pondre aux r p titions d'un stimulus insignifiant), de sensibilisation (r activit accrue stimuli inoffensifs qui suivent la pr sentation d'un stimulus fort ou nocif), voire le conditionnement associatif (apprendre r pondre un v nement auparavant insignifiant apr s qu'il ait t Olfaction du c t droit M moire des formes St r ognose, c t gauche Audition (pr f rence oreille gauche) Capacit musicale Reconnaissance des formes, des visages et de l'image corporelle Champ visuel gauche Champ visuel droit Capacit math matique Compr hension du langage Audition (pr f rence oreille droite) Parole motrice C t gauche olfaction M moire verbale St r ognose, c t droit Comp tences de la main droite (ex. criture) L Gauche Droite RLR 372 x 49 18228 Fig. 10.9 Illustration sch matique des sp cialisations fonctionnelles des h misph res gauche et droit, telles que d termin es chez les patients d'une section transversale du corps calleux. (Modifi partir de Siegel A, SapruHN. Essential Neuroscience. 5thed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2005.) associ un exemple significatif). En cas d'accoutumance, la quantit d' metteur lib r e au cours des r ponses successives diminue progressivement. Le changement implique une alt ration du courant Ca++ qui d clenche la lib ration du neurotransmetteur. La cause de ce changement est l inactivation des canaux Ca++ pr synaptiques par des potentiels d act |
Physiologie de Ganong et Levy | ion r p t s. Une habituation long terme peut galement tre produite. Dans ce cas, le nombre de terminaisons synaptiques et de zones actives dans les terminaux restants diminue. D'autres mod les d'apprentissage, fournis par les ph nom nes synaptiques, sont appel s potentialisation long terme (LTP) et d pression long terme (LTD). La LTD a t tudi e de mani re plus approfondie dans le cervelet (voir Chapitre 9), mais cela se produit galement dans l'hippocampe et dans d'autres r gions du SNC. La LTP a t tudi e de mani re plus intensive dans des tranches de l'hippocampe in vitro, mais elle a galement t tudi e dans le n ocortex, le cervelet et d'autres parties du SNC. L'activation r p titive d'une voie aff rente vers l'hippocampe ou l'activation r p titive de l'une des connexions intrins ques augmente les r ponses des cellules pyramidales. Les r ponses accrues (LTP) durent des heures in vitro (et m me des jours, voire des semaines in vivo). Les formes de LTP diff rent selon le syst me synaptique particulier. Le m canisme de l efficacit synaptique accrue semble impliquer la fois des v nements pr synaptiques et post-synaptiques. Les neurotransmetteurs impliqu s dans la LTP comprennent des acides amin s excitateurs qui agissent sur les r cepteurs N-m thyl-D-aspartate (NMDA) dont les r ponses sont associ es un afflux de Ca++ dans le neurone post-synaptique. Les voies du second messager (y compris les prot ines G, la kinase II Ca++/calmoduline-d pendante, la prot ine kinase G et la prot ine kinase C) sont galement impliqu es, et ces kinases provoquent la phosphorylation des prot ines et des modifications de la r activit des r cepteurs des neurotransmetteurs. Un messager r trograde, peut- tre de l'oxyde nitrique (ou du monoxyde de carbone), peut tre lib r par les neurones postsynaptiques pour agir sur les terminaisons pr synaptiques de telle mani re que la lib ration du transmetteur soit am lior e. Les g nes imm diats et pr coces sont galement activ s pendant la LTP. Par cons quent, des changements dans l expression des g nes peuvent galement tre impliqu s. Concernant les tapes de stockage en m moire, une distinction entre m moire court terme et m moire long terme est utile. Les v nements r cents semblent tre stock s dans la m moire court terme par une activit neuronale continue, car la m moire court terme ne persiste que quelques minutes. La m moire court terme est utilis e, par exemple, pour m moriser les num ros de page d'un livre apr s les avoir recherch s dans l'index. La m moire long terme peut tre subdivis e en une forme interm diaire, qui peut tre perturb e, et une forme durable, difficile perturber. La perte de m moire, ou amn sie, peut tre caus e par une perte d informations mn siques en soi, ou elle peut r sulter d une interf rence avec le m canisme d acc s ces informations. La m moire long terme implique probablement des changements structurels, car elle peut rester intacte m me apr s des v nements perturbant la m moire court terme. Les lobes temporaux semblent tre particuli rement importants pour la m moire, car l'ablation bilat rale de la formation hippocampique peut perturber gravement et d finitivement la m moire r cente. Les m moires court et long terme ne sont pas affect es, mais de nouvelles m moires long terme ne peuvent plus tre tablies. Ainsi, les patients souffrant d'une telle amn sie se souviennent des v nements ant rieurs leur chirurgie mais ne parviennent pas se souvenir de nouveaux v nements, m me avec des expositions multiples, et doivent tre r introduits plusieurs reprises aupr s des personnes qu'ils rencontrent apr s la chirurgie. Cette perte de m moire d clarative implique le rappel conscient d' v nements personnels, de lieux et de l'histoire g n rale. Ces patients peuvent cependant encore apprendre certaines t ches car ils conservent une m moire proc durale, qui implique des comp tences associatives et motrices. Si ces patients se voient confier une t che complexe accomplir (par exemple, l criture miroir), non seulement ils s am liorent au cours de la premi re s ance d entra nement, mais ils obtiennent galement de meilleurs r sultats les jours suivants, malgr leur refus d avoir une exp rience ant rieure avec cette t che. Les structures c r brales impliqu es dans la m moire proc durale ne sont pas encore d finies. La plasticit fait g n ralement r f rence la capacit du SNC modifier sa connectivit . De tels changements peuvent survenir dans divers contextes, notamment l apprentissage et la m moire (voir discussion pr c dente), les dommages et le d veloppement. Les dommages au SNC peuvent induire un remodelage des voies neuronales et ainsi modifier le comportement. La plasticit est plus grande dans le cerveau en d veloppement, mais Des tudes cellulaires de l'hippocampe et du cortex entorhinal (qui est adjacent et parall le l'hippocampe) ont d montr l'existence de cellules de lieu qui se d c |
Physiologie de Ganong et Levy | lenchent lorsque le sujet entre dans un endroit sp cifique dans un environnement de test. phicmap.Les cellules de placement apparaissent chez les tr s jeunes animaux d s qu'ils sont capables d'explorer. Des tudes plus r centes r v lent la pr sence de cellules de grille , qui r pondent galement des sites sp cifiques, mais sont distribu es dans des r seaux hexagonaux qui ressemblent une carte nordique de l'espace environnemental dans le cortex post rieur ou hindal. Bien que cette carte cognitive soit fix e pour tout contexte, modification de l'environnement ou retrait de la personne vers un nouvel environnement de test provoque la g n ration d'une nouvelle carte appropri e de cellules de grille. Parce que le cortex entorhinal est une source majeure d informations sur l hippocampe, il est int ressant que les tudes sur les chauffeurs de taxi de Londres : qui doit d montrer une connaissance extr mement d taill e des rues de la ville et des itin raires les plus efficaces avant d' tre agr indiquent que l hippocampe post rieur des conducteurs entra n s et exp riment s est plus grand que celui des d butants ou de la population g n rale. Se perdre , une plainte courante associ e l amn sie, peut tre due la perte de comp tences en m moire spatiale. un certain degr de plasticit subsiste dans le cerveau adulte, comme en t moignent les r ponses certaines manipulations, comme les l sions c r brales, la privation sensorielle ou encore l'exp rience. La capacit de plasticit d veloppementale peut tre maximale pour certains syst mes neuronaux un moment appel p riode critique. Par exemple, il est possible de modifier certaines connexions form es dans les voies visuelles au cours de leur d veloppement en emp chant un il de fournir des informations, mais uniquement pendant une p riode critique sp cifique au d but du d veloppement. Chez ces animaux d ficients visuels, les connexions visuelles deviennent anormales ( Fig. 10.10 ), et la restauration de l'apport visuel normal apr s la p riode critique ne supprime pas l'anomalie, ni ne r tablit la vision fonctionnelle de l' il d ficient. En revanche, une privation visuelle similaire plus tard dans la vie n entra ne pas de connexions anormales. Les changements plastiques observ s dans de telles exp riences peuvent refl ter une comp tition pour les connexions synaptiques, dans laquelle les connexions les moins fonctionnelles sont supprim es. La recherche a montr une corr lation entre la forme d'un g ne qui module l'efficacit de l' lagage synaptique et la probabilit de schizophr nie. Des modifications plastiques peuvent galement survenir apr s une l sion c r brale chez l'adulte. La germination de nouveaux axones se produit dans le SNC endommag ; cependant, les germes ne r tablissent pas n cessairement une fonction normale et de nombreuses voies neuronales ne semblent pas produire de germes. Des connaissances suppl mentaires concernant la plasticit neuronale dans le SNC adulte sont essentielles si l'on veut am liorer le traitement m dical de nombreuses maladies du SNC et apr s un traumatisme neural. Des recherches sont actuellement men es pour explorer Fig. 10.10 Plasticit de la voie visuelle r sultant d'une privation sensorielle au cours du d veloppement. Les colonnes de dominance oculaire sont mises en vidence par autoradiographie apr s injection d'un traceur radioactif dans l' il. Le traceur est transport vers le noyau g nicul lat ral, puis transneuralement transport vers le co rtex stri . Le cortex est tiquet en bandes qui alternent avec des bandes non marqu es dont l'entr e provient de l' il non inject . Modification du motif chez un animal lev avec une privation visuelle monoculaire. L'injection a t effectu e dans un il non priv et les colonnes de dominance oculaire de cet il ont t clairement largies. D'autres exp riences ont montr que les colonnes de dominance oculaire de l' il priv se sont contract es. FromLeVayS, etal.J Comp Neurol. 1980;191:1.) le potentiel des cellules souches embryonnaires humaines pour restaurer la fonction du SNC. La sensation du membre fant me est un exemple de plasticit neuronale chez l'adulte. Un patient dont un membre a t amput per oit souvent des sensations sur le membre manquant lorsqu'il est stimul ailleurs sur le corps. Les tudes d'imagerie fonctionnelle sugg rent que cela est le r sultat de la propagation des connexions des territoires corticaux environnants vers la r gion corticale qui avait servi le membre amput . Il s agissait d une chirurgie correctrice de retard politique traditionnelle pour un enfant n avec une cataracte cong nitale jusqu ce que l enfant soit soud et plus capable de faire face au stress de la chirurgie. Cependant, si la correction est diff r e jusqu apr s la p riode critique , la r cup ration compl te de la fonction est peu probable. une affection caract ris e par un strabisme ( il crois ) en raison de la faiblesse relative d'un des muscles extra |
Physiologie de Ganong et Levy | oculaires, a tendance utiliser de pr f rence l' il non affect . Dans les deux cas, une intervention chirurgicale pr coce est d sormais une pratique courante afin que les circuits corticaux puissent tre correctement sculpt s par un apport quilibr des deux yeux. Une telle reprogrammation peut galement se produire apr s une amputation chirurgicale des deuxi me et troisi me chiffres de la main. Avant la chirurgie, chacun des chiffres tait repr sent dans des zones discr tes et organis es de mani re somatotopique du gyrus postcentral (cortex SI). Apr s l'op ration, la zone qui repr sentait les chiffres amput s est d sormais cartographi e avec une repr sentation agrandie des chiffres adjacents ( 10.11 ). l inverse, les individus n s avec une syndactylie (fusion de deux ou plusieurs chiffres de la main) ont une repr sentation unique ou principalement superpos e de ces chiffres dans le cortex SI. Apr s une chirurgie correctrice, les chiffres ind pendants acqui rent des repr sentations distinctives. Plus remarquable encore est que les singes entra n s une t che de discrimination sensorielle n cessitant une utilisation quotidienne r p t e du bout des doigts ont montr des diff rences corticales apr s l'entra nement. Non seulement les territoires corticaux SI du bout des doigts taient plus grands qu'avant l'entra nement, mais le nombre de champs r cepteurs corticaux enregistr s au bout des doigts tait galement augment . Figue. 10.11 Repr sentation de la r gion num rique du premier cortex somatosensoriel (SI) gauche (A) et r organisation de cette repr sentation (B) apr samputationdesdeuxi me et troisi me chiffres. (De HainesDE[ed].Fundamental Neuroscience for Basic and Clinical Applications. 3rded.Philadelphia:ChurchillLivingstone;2006.) 1. Le cortex c r bral peut tre divis en lobes sur la base du motif des gyri et des sillons. Chaque lobe a des fonctions distinctes, comme le montrent les effets des l sions. L'h misph re c r bral gauche est dominant pour le langage chez la plupart des individus. L aire de Wernicke (dans le lobe temporal post rieur) est responsable de la compr hension du langage et l aire de Broca (dans le lobe frontal inf rieur) est responsable de son expression. 2. Le n ocortex contient des cellules pyramidales et plusieurs types d'interneurones. Les fibres aff rentes thalamocorticales sp cifiques se terminent principalement dans la couche IV du n ocortex ; Les fibres aff rentes thalamocorticales diffuses se synapsent dans les couches I et VI. Les axones des cellules pyramidales de la couche V constituent la principale source de production vers les cibles sous-corticales, notamment la moelle pini re, le tronc c r bral, le striatum et le thalamus. 3. La structure corticale varie selon les r gions. Les d signations de Brodmann refl tent ces variations de la structure corticale et correspondent des zones fonctionnellement discr tes. 4. L'EEG refl te les champs lectriques g n r s par l'activit pyramidale et varie en fonction de l' tat du cycle veille-sommeil, de la maladie et d'autres facteurs. Les potentiels voqu s corticaux sont des changements d clench s par un stimulus dans l'EEG et constituent des donn es cliniques utiles sur la transmission sensorielle. 5. Les sch mas EEG pendant le sommeil sont divis s en formes ondes lentes et REM. Le sommeil lent progresse travers les tapes 1 4, chacune avec un sch ma EEG caract ristique. La plupart des r ves se produisent pendant le sommeil paradoxal. Le sommeil est produit activement par un m canisme du tronc c r bral, Squire L, Berg D. Neurosciences fondamentales. 4e d. New York : Presse acad mique ; 2012. et sa rythmicit circadienne est contr l e par le noyau suprachiasmatique. 6. Les informations sont transf r es entre les deux h misph res principalement via le corps calleux. L'h misph re droit est plus capable que le gauche en mati re de t ches spatiales, d'expression faciale, de langage corporel et d'intonation de la parole. L'h misph re gauche est sp cialis pour la compr hension et la g n ration du langage, pour la logique et pour le calcul math matique. 7. L'apprentissage et la m moire peuvent tre tudi s au niveau cellulaire, chez les invert br s et chez les animaux sup rieurs. La m moire comprend des processus de stockage court terme (qui durent quelques minutes), r cents et long terme, ainsi qu'un m canisme de r cup ration. La formation hippocampique est importante pour stocker la m moire d clarative et spatiale. 8. Les tudes sur les l sions et les tudes comportementales indiquent que la plasticit se produit dans le cerveau tout au long de la vie. Cependant, il semble y avoir plus de plasticit au d but de la vie, et la comp tition synaptique dans les p riodes critiques est importante pour l tablissement des circuits neuronaux. A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Quelles sont les similitudes et les diff rences dans les organisa |
Physiologie de Ganong et Levy | tions g n rales des syst mes parasympathique et sympathique ? 2. Quelles sont les actions respectives de l innervation parasympathique et sympathique de l il, et quels sympt mes apparaissent lorsque l innervation parasympathique ou sympathique est perdue ? 3. Quels sont les changements dans l quilibre de l activit parasympathique et sympathique de la vessie qui se produisent pendant la micturation ? 4. Qu entend-on par servom canisme ? 5. Quelles sont les boucles de r troaction sp cifiques qui r gulent la temp rature corporelle, l alimentation, le poids corporel et la consommation d eau ? 6. Quel est le r le de l hypothalamus dans chacune de ces boucles de r troaction ? La fonction principale du syst me nerveux autonome est d aider l organisme maintenir un environnement interne constant (hom ostasie). Lorsque des stimuli internes signalent qu une r gulation de l environnement corporel est n cessaire, le syst me nerveux central (SNC) et son coulement autonome mettent des commandes qui conduisent des actions compensatoires. Par exemple, une augmentation soudaine de la pression art rielle syst mique active les baror cepteurs, qui leur tour modifient l'activit du syst me nerveux autonome de sorte que la pression art rielle abaisse vers son niveau pr c dent (voir Le syst me nerveux autonome comporte la fois des divisions sensorielles et motrices. La division motrice est divis e en divisions sympathique et parasympathique. tant donn qu une grande partie des actions du syst me nerveux autonome est li e au contr le des visc res, on l appelle parfois syst me nerveux visc ral. Au service de sa fonction hom ostatique, le syst me nerveux autonome m die les r flexes visc raux (par exemple, le r flexe gastrocolique, o la distension de l'estomac d clenche le p ristaltisme dans les intestins) et fournit des informations sensorielles au SNC pour la perception de l' tat de nos visc res, un percept connu quiconque a trop mang lors d'un repas. Plus g n ralement, l'activation des r cepteurs autonomes peut voquer diverses exp riences sensorielles telles que la douleur, la faim, la soif, la naus e et une sensation de distension visc rale ; ces perceptions peuvent alors conduire des comportements volontaires compensatoires qui contribuent au maintien de l'hom ostasie. En plus de son r le central dans l'hom ostasie, le syst me nerveux autonome participe galement aux r ponses appropri es et coordonn es aux stimuli externes n cessaires au fonctionnement optimal du syst me nerveux somatique lors de l'ex cution de comportements volontaires. Par exemple, le syst me nerveux autonome aide r guler la taille de la pupille en r ponse diff rentes intensit s de lumi re ambiante, aidant ainsi le syst me visuel fonctionner sur une large plage d intensit lumineuse. Dans ce chapitre, le syst me nerveux ent rique est galement consid r comme faisant partie du syst me nerveux autonome, bien qu'il soit parfois consid r comme une entit distincte (voir aussi ). De plus, parce que le syst me autonome Le syst me nerveux est sous le contr le du SNC, les composants centraux du syst me nerveux autonome sont abord s dans ce chapitre. Ces composants centraux comprennent l'hypothalamus et les niveaux sup rieurs du syst me limbique, qui sont associ s aux motions (voir ) et de nombreux types de comportements visc raux (par exemple, l'alimentation, la boisson, la thermor gulation, la reproduction, la d fense et l'agressivit ) qui ont une valeur de survie. Organisation du syst me nerveux autonome Les neurones sensoriels autonomes sont situ s dans les ganglions de la racine dorsale et dans les ganglions des nerfs cr niens. Comme les autres neurones des ganglions de la racine dorsale, ce sont des cellules pseudounipolaires avec une branche axonale p riph rique tendue l'un des visc res et une branche centrale qui p n tre dans le SNC. Concernant le moteur autonome En sortie, les syst mes nerveux sympathique et parasympathique utilisent une voie motrice deux neurones, qui consiste en un neurone pr ganglionnaire, dont le corps cellulaire est situ dans le SNC, et un neurone postganglionnaire, dont le corps cellulaire est situ dans l'un des ganglions autonomes ( Les figures. 11.1 11.2 ). Les cibles de ce moteur CHAPITRE 11 Le syst me nerveux autonome et son contr le central 227 Projections du syst me nerveux parasympathique parasympathique Nerf facial (VII), nerf glossopharyng (IX) Fig. 11.1 Illustration sch matique des voies sympathique et parasympathique. Les voies sympathiques sont repr sent es en rouge et les voies parasympathiques en bleu. Les neurones pr ganglionnaires sont repr sent s dans des tons plus fonc s et les neurones postganglionnaires, dans des tons plus clairs. Ces voies sont le muscle lisse, le muscle cardiaque et les glandes. Le syst me nerveux ent rique comprend les neurones et les fibres nerveuses des plexus myent riques et sous-muqueux, situ s dans la paroi du tractus gastro-i |
Physiologie de Ganong et Levy | ntestinal. Le contr le des syst mes nerveux sympathique et parasympathique de nombreux organes est souvent antagoniste. Pour souligner ce contraste, les syst mes sympathique et parasympathique sont parfois appel s respectivement syst mes de combat ou de fuite et repos et digestion . En effet, la r ponse de combat ou de fuite face une menace pour l'organisme refl te une activation intense du syst me nerveux sympathique, qui entra ne diverses r ponses, notamment une augmentation du rythme cardiaque et de la pression art rielle, une redistribution du sang vers les muscles, une diminution du p ristaltisme et des troubles gastro-intestinaux. s cr tions, dilatation des pupilles et transpiration. Cependant, dans la plupart des conditions, les deux parties du syst me de contr le autonome fonctionnent de mani re coordonn e agissant parfois de mani re r ciproque et parfois en synergie pour r guler la fonction visc rale. De plus, toutes les structures visc rales ne sont pas innerv es par les deux syst mes. Par exemple, les muscles lisses et les glandes de la peau ainsi que la plupart des vaisseaux sanguins du corps re oivent exclusivement une innervation sympathique ; seule une petite fraction des vaisseaux sanguins poss de une innervation parasympathique. En effet, le syst me nerveux parasympathique innerve non pas la paroi corporelle mais uniquement les structures de la t te et des cavit s thoracique, abdominale et pelvienne. Le syst me nerveux sympathique Les neurones sympathiques pr ganglionnaires sont situ s dans les segments thoracique et lombaire sup rieur de la moelle pini re. Pour cette raison, le syst me nerveux sympathique est parfois appel la division thoraco-lombaire du syst me nerveux autonome. Plus pr cis ment, les neurones pr ganglionnaires sympathiques sont concentr s dans la colonne cellulaire interm dialat rale (corne lat rale) des segments thoracique et lombaire sup rieur de la moelle pini re (voir 11.2). Certains neurones peuvent galement tre retrouv s dans le segment C8. En plus de la colonne cellulaire interm dialat rale, des groupes de neurones pr ganglionnaires sympathiques se trouvent d'autres endroits, notamment le funicule lat ral, la mati re grise interm diaire et la mati re grise dorsale au canal central. Les neurones post-ganglionnaires sympathiques se trouvent g n ralement dans les neurones paravert braux Fig. 11.2 D tails de la voie sympathique au niveau d'un segment rachidien thoracique. Les fibres sensorielles autonomes sont repr sent es par des lignes bleues ; fibres sympathiques, lignes rouges; Les axes pr ganglionnaires, par lignes pleines, et les axes postganglionnaires, par lignes pointill es. (Redessin de ParentA, CarpenterMB.Carpenter's Human Neuroanatomy. 9thed.Philadelphia:Williams&Wilkins;1996:295.) Ramus blanc Ramus gris Vaisseau sanguin Ganglion paravert bral Ganglion pr vert bral Fibre sensorielle visc rale Fibre postganglionnaire Fibres postganglionnaires Glandes pileuses Peau Muscle pili arrecteur Fibres pr ganglionnaires Corne lat rale Ganglion spinal Nerf p riph rique Fibre aff rente visc rale Tube digestif Tronc sympathique ou pr vert bral ganglions. Les ganglions paravert braux forment deux ensembles de ganglions, chacun lat ral un c t de la colonne vert brale. Les ganglions individuels de chaque c t sont reli s par des axones longitudinaux qui forment un tronc sympathique (voir Les figures. 11.1 11.2 ). Les ganglions pr vert braux sont situ s dans la cavit abdominale et comprennent les ganglions c liaques et m sent riques sup rieurs et inf rieurs (voir Figure 11.1 ). Ainsi, les ganglions paravert braux et pr vert braux sont situ s une certaine distance de leurs organes cibles. Les axones des neurones pr ganglionnaires sont souvent de petites fibres nerveuses my linis es appel es fibres B (voir Tableau 5.1 ). Cependant, certaines sont des fibres C non my linis es. Ils quittent la moelle pini re par la racine ventrale et p n trent dans le ganglion paravert bral au m me niveau segmentaire par une branche communicante blanche. Les rameaux blancs se trouvent uniquement aux niveaux T1 L2. L'axone pr ganglionnaire peut faire synapse sur les neurones postganglionnaires du ganglion son niveau d'entr e ; peut se d placer rostralement ou caudalement dans le tronc sympathique et mettre des collat raux vers les ganglions qu'il traverse ; ou peut traverser le ganglion, sortir du tronc sympathique et p n trer dans un nerf splanchnique pour se rendre un ganglion pr vert bral (voir Les figures. 11.1 11.2 ). Les nerfs splanchniques innervent les visc res ; ils contiennent la fois des aff rences visc rales et des fibres motrices autonomes (sympathiques ou parasympathiques). Les neurones postganglionnaires dont les somates se trouvent dans les ganglions paravert braux envoient g n ralement leurs axones travers une branche grise communicante pour p n trer dans un nerf spinal (voir Figure 11.2 ). Chacune des 31 paires de nerfs s |
Physiologie de Ganong et Levy | pinaux poss de une branche grise. Les axones postganglionnaires sont distribu s via les nerfs p riph riques jusqu'aux effecteurs, tels que les muscles pilo recteurs, les vaisseaux sanguins et les glandes sudoripares, situ s dans la peau, les muscles et les articulations. Les axones postganglionnaires sont g n ralement non my linis s (fibres C), bien qu'il existe quelques exceptions. Les noms de rameaux blancs et gris refl tent le contenu relatif des axones my linis s et non my linis s dans ces rameaux. Les axones pr ganglionnaires d'un nerf splanchnique se d placent souvent vers un ganglion pr vert bral et une synapse, ou ils peuvent traverser le ganglion et un plexus autonome et se terminer dans un ganglion plus loign . Certains axones pr ganglionnaires traversent un nerf splanchnique et se terminent directement sur des cellules de la m dullosurr nale, quivalentes aux cellules postganglionnaires. La cha ne sympathique s' tend des niveaux cervicaux jusqu'aux niveaux coccygiens de la moelle pini re. Cet arrangement sert de syst me de distribution qui permet aux neurones pr ganglionnaires, limit s aux segments thoraciques et lombaires sup rieurs, d'activer les neurones postganglionnaires qui innervent tous les segments du corps. Cependant, il y a moins de ganglions paravert braux que de segments rachidiens, car certains ganglions segmentaires fusionnent au cours du d veloppement. Par exemple, le ganglion sympathique cervical sup rieur repr sente les ganglions fusionn s de C1 C4 ; le ganglion sympathique cervical moyen est le ganglion fusionn ganglions de C5 et C6 ; et le ganglion sympathique cervical inf rieur est une combinaison des ganglions en C7 et C8. Le terme ganglion toil fait r f rence la fusion du ganglion sympathique cervical inf rieur avec le ganglion de T1. Le ganglion sympathique cervical sup rieur assure l'innervation postganglionnaire de la t te et du cou, et les ganglions cervicaux moyens et stellaires innervent le c ur, les poumons et les bronches. En g n ral, les neurones pr ganglionnaires sympathiques sont distribu s dans les ganglions homolat raux et contr lent ainsi la fonction autonome du m me c t du corps. Des exceptions importantes sont l'innervation sympathique des intestins et des visc res pelviens, qui sont toutes deux bilat rales. Comme pour les motoneurones du muscle squelettique, les neurones pr ganglionnaires sympathiques qui contr lent un organe particulier sont r partis sur plusieurs segments. Par exemple, les neurones sympathiques pr ganglionnaires qui contr lent les fonctions sympathiques dans la r gion de la t te et du cou sont distribu s aux niveaux C8 T5, tandis que ceux qui contr lent la glande surr nale sont distribu s aux niveaux T4 T12. Le syst me nerveux parasympathique Les neurones pr ganglionnaires parasympathiques se trouvent dans plusieurs noyaux des nerfs cr niens du tronc c r bral et dans la mati re grise de la moelle pini re sacr e (S3-S4) (voir Figure 11.1 ). C est pourquoi cette partie du syst me nerveux autonome est parfois appel e division cranio-sacr e. Les noyaux des nerfs cr niens qui contiennent les neurones pr ganglionnaires parasympathiques sont le noyau Edinger-Westphal (nerf cr nien III), les noyaux salivaires sup rieur (nerf cr nien VII) et inf rieur (nerf cr nien IX), ainsi que le noyau moteur dorsal du vague et le noyau ambigu ( nerf cr nien X). Les cellules parasympathiques postganglionnaires sont situ es dans les ganglions cr niens, y compris le ganglion ciliaire (l'entr e pr ganglionnaire provient du noyau d'Edinger-Westphal), les ganglions pt rygopalatins et sous-mandibulaires (l'entr e provient du noyau salivaire sup rieur) et le ganglion otique (l'entr e provient du noyau inf rieur). noyau salivaire). Le ganglion ciliaire innerve le sphincter pupillaire et les muscles ciliaires de l' il. Le ganglion pt rygopalatin alimente la glande lacrymale, ainsi que les glandes du pharynx nasal et buccal. Le ganglion sous-maxillaire se projette vers les glandes salivaires sous-maxillaires et sublinguales et vers les glandes de la cavit buccale. Le ganglion otique innerve la glande salivaire parotide et les glandes de la bouche. D'autres neurones postganglionnaires parasympathiques sont situ s proximit ou dans les parois des organes visc raux des cavit s thoracique, abdominale et pelvienne. Les neurones du plexus ent rique comprennent des cellules qui peuvent galement tre consid r es comme des neurones postganglionnaires parasympathiques. Toutes ces cellules re oivent des informations des nerfs vagues ou pelviens. Les nerfs vagues innervent le c ur, les poumons, les bronches, le foie, le pancr as et le tractus gastro-intestinal, depuis l' sophage jusqu' l'angle spl nique du c lon. Le reste du c lon et du rectum, ainsi que la vessie et les organes reproducteurs, sont aliment s par des neurones pr ganglionnaires parasympathiques sacr s qui voyagent travers les nerfs pelviens jusqu'aux neurones postganglionnaires des gang |
Physiologie de Ganong et Levy | lions pelviens. Les neurones parasympathiques pr ganglionnaires qui se projettent vers les visc res du thorax et une partie de l'abdomen sont situ s dans le noyau moteur dorsal du vague (voir Figue. 4.6E ) et le noyau ambigu. Le noyau moteur dorsal est en grande partie s cr tomoteur (il active les glandes), tandis que le noyau ambigu est visc romoteur (il modifie l'activit du muscle cardiaque). Le noyau moteur dorsal alimente les organes visc raux du cou (pharynx, larynx), de la cavit thoracique (trach e, bronches, poumons, c ur et sophage) et de la cavit abdominale (y compris une grande partie du tractus gastro-intestinal, du foie et du pancr as). La stimulation lectrique du noyau moteur dorsal entra ne la s cr tion d'acide gastrique, ainsi que la s cr tion d'insuline et de glucagon par le pancr as. Bien que des projections vers le c ur aient t d crites, leur fonction reste incertaine. Le noyau ambigu contient deux groupes de neurones : (1) un groupe dorsal (branchiomoteur) qui active les muscles stri s du palais mou, du pharynx, du larynx et de l' sophage et (2) un groupe ventrolat ral qui innerve et ralentit le c ur (voir aussi Les fibres motrices visc rales des nerfs autonomes sont accompagn es de fibres aff rentes visc rales. La plupart de ces fibres aff rentes fournissent des informations provenant des r cepteurs sensoriels des visc res. L'activit de ces r cepteurs sensoriels n'atteint que rarement le niveau de conscience ; cependant, ces r cepteurs initient le membre aff rent des arcs r flexes. Les r flexes viscerovisc raux et visc rosomatiques sont provoqu s par ces fibres aff rentes. M me si ces r flexes visc raux op rent g n ralement un niveau subconscient, ils sont tr s importants pour la r gulation hom ostatique et l adaptation aux stimuli externes. Les neurotransmetteurs action rapide lib r s par les fibres aff rentes visc rales ne sont pas bien document s, bien que beaucoup de ces neurones lib rent un metteur d'acides amin s excitateurs tel que le glutamate. Cependant, les fibres aff rentes visc rales contiennent galement de nombreux neuropeptides ou combinaisons de neuropeptides, notamment l'angiotensine II, l'arginine vasopressine, la bomb sine, le peptide li au g ne de la calcitonine, la chol cystokinine, la galanine, la substance P, l'enk phaline, l'ocytocine, la somatostatine et le polypeptide intestinal vasoactif. Les fibres aff rentes visc rales qui peuvent m dier la sensation consciente comprennent les nocicepteurs qui voyagent dans les nerfs sympathiques, tels que les nerfs splanchniques. La douleur visc rale est caus e par une distension excessive des visc res creux, une contraction contre une obstruction ou une isch mie. L'origine des douleurs visc rales est souvent difficile identifier en raison du caract re diffus de la douleur et de sa tendance se r f rer aux structures somatiques (voir ). Les nocicepteurs visc raux des nerfs sympathiques atteignent la moelle pini re via la cha ne sympathique, les rameaux blancs et les racines dorsales. Les terminaisons des fibres aff rentes nociceptives se projettent vers la corne dorsale et vers la r gion entourant le canal central. Ils activent non seulement les interneurones locaux, qui participent aux arcs r flexes, mais galement les cellules de projection, qui comprennent les cellules du tractus spinothalamique qui signalent la douleur au cerveau. Une voie nociceptive visc rale majeure partant du bassin implique un relais dans la mati re grise de la moelle pini re lombo-sacr e. Ces neurones envoient des axones dans le fasciculus gracilis qui se terminent par le noyau gracilis. Ainsi, les colonnes dorsales contiennent non seulement des aff rences primaires pour la sensation somatique (leur composant principal) mais galement des neurones de second ordre de la voie de la douleur visc rale (rappelons que les axones de second ordre pour la douleur somatique se d placent dans le funicule lat ral dans le cadre du tractus spinothalamique). . Les signaux nociceptifs visc raux sont ensuite transmis au noyau ventral post ro-lat ral du thalamus et vraisemblablement de l au cortex c r bral. L'interruption de cette voie explique les effets b n fiques des l sions chirurgicales de la colonne dorsale aux niveaux thoraciques inf rieurs pour soulager la douleur produite par le cancer des organes pelviens. D'autres fibres aff rentes visc rales voyagent dans les nerfs parasympathiques. Ces fibres sont g n ralement impliqu es dans les r flexes plut t que dans la sensation ( l'exception des fibres aff rentes gustatives ; voir ). Par exemple, les fibres aff rentes des baror cepteurs qui innervent le sinus carotidien se trouvent dans le nerf glossopharyng . Ils p n trent dans le tronc c r bral, traversent le tractus solitaire et se terminent dans le noyau du tractus solitaire (voir Figure 4.6E ). Ces neurones se connectent aux interneurones dans la formation r ticulaire du tronc c r bral. Les interneurones, leur tour, se projette |
Physiologie de Ganong et Levy | nt vers les neurones autonomes pr ganglionnaires qui contr lent la fr quence cardiaque et la pression art rielle (voir Le noyau du tractus solitaire re oit les informations de tous les organes visc raux, l'exception de ceux du bassin. Ce noyau est subdivis en plusieurs zones qui re oivent des informations provenant d'organes visc raux sp cifiques. Le syst me nerveux ent rique Le syst me nerveux ent rique, situ dans la paroi du tractus gastro-intestinal, contient environ 100 millions de neurones. Le syst me nerveux ent rique est subdivis en plexus myent rique, situ entre les couches musculaires longitudinales et circulaires de l'intestin, et en plexus sous-muqueux, situ dans la sous-muqueuse de l'intestin. Les neurones du plexus myent rique contr lent principalement la motilit gastro-intestinale (voir ), tandis que ceux du plexus sous-muqueux r gulent principalement l'hom ostasie des fluides corporels (voir ). Les types de neurones trouv s dans le plexus myent rique comprennent non seulement les motoneurones excitateurs et inhibiteurs (qui peuvent tre consid r s comme des neurones postganglionnaires parasympathiques), mais galement les interneurones et les neurones aff rents primaires. Les neurones aff rents fournissent des m canor cepteurs dans la paroi du tractus gastro-intestinal. Ces m canor cepteurs constituent le d but de la branche aff rente des arcs r flexes au sein du plexus ent rique. Les interneurones locaux excitateurs et inhibiteurs participent ces r flexes, et le signal de sortie est envoy via les motoneurones vers les cellules musculaires lisses. Les motoneurones excitateurs lib rent de l'ac tylcholine et de la substance P ; Les motoneurones inhibiteurs lib rent de la dynorphine et un polypeptide intestinal vasoactif. Les circuits du plexus ent rique sont si tendus qu ils peuvent coordonner les mouvements d un intestin compl tement retir du corps. Cependant, un fonctionnement normal n cessite une innervation par les neurones pr ganglionnaires autonomes et une r gulation par le SNC. L'activit du syst me nerveux ent rique est modul e par le syst me nerveux sympathique. Les neurones post-ganglionnaires sympathiques qui contiennent de la noradr naline inhibent la motilit intestinale, ceux qui contiennent de la noradr naline et du neuropeptide Y r gulent le flux sanguin et ceux qui contiennent de la noradr naline et de la somatostatine contr lent la s cr tion intestinale. La r troaction est fournie par les neurones intestinofuges qui se projettent du plexus myent rique vers les ganglions sympathiques. Le plexus sous-muqueux r gule le transport des ions et de l'eau travers l' pith lium intestinal et la s cr tion glandulaire. Il communique galement avec le plexus myent rique pour assurer la coordination des fonctions des deux composantes du syst me nerveux ent rique. Les neurones et les circuits neuronaux du plexus sous-muqueux ne sont pas aussi bien compris que ceux du plexus myent rique, mais de nombreux neurones contiennent des neuropeptides et les r seaux neuronaux sont bien organis s. Le principal type de neurone dans les ganglions autonomes est le neurone post-ganglionnaire. Ces cellules re oivent des connexions synaptiques des neurones pr ganglionnaires et se projettent vers des cellules effectrices autonomes. Cependant, de nombreux ganglions autonomes contiennent galement des interneurones. Ces interneurones traitent les informations dans les ganglions autonomes ; le plexus ent rique peut tre consid r comme un exemple labor de ce type de traitement. Un type d'interneurone trouv dans certains ganglions autonomes contient une concentration lev e de cat cholamines ; par cons quent, ces interneurones ont t appel s petites cellules intens ment fluorescentes (SIF). On pense que les cellules SIF sont inhibitrices. Le neurotransmetteur classique des ganglions autonomes, qu ils soient sympathiques ou parasympathiques, est l ac tylcholine. Les deux classes de r cepteurs de l'ac tylcholine dans les ganglions autonomes sont les r cepteurs nicotiniques et muscariniques, ainsi nomm s en raison de leurs r ponses aux alcalo des v g taux nicotine et muscarine. Les r cepteurs nicotiniques de l'ac tylcholine peuvent tre bloqu s par des agents tels que le curare ou l'hexam thonium, et les r cepteurs muscariniques peuvent tre bloqu s par l'atropine. Les r cepteurs nicotiniques des ganglions autonomes diff rent quelque peu de ceux des cellules musculaires squelettiques. Les r cepteurs nicotiniques et muscariniques m dient tous deux les potentiels post-synaptiques excitateurs (EPSP), mais ces potentiels ont des volutions temporelles diff rentes. La stimulation des neurones pr ganglionnaires provoque un EPSP rapide, suivi d'un EPSP lent. L'EPSP rapide r sulte de l'activation des r cepteurs nicotiniques, qui provoquent l'ouverture des canaux ioniques. L'EPSP lent est m di par des r cepteurs muscariniques (principalement le r cepteur M2 ; voir ) qui inhibent le courant M, un |
Physiologie de Ganong et Levy | courant produit par la conductance potassique. Les neurones des ganglions autonomes lib rent galement des neuropeptides qui agissent comme neuromodulateurs. Outre l'ac tylcholine, les neurones sympathiques pr ganglionnaires peuvent lib rer de l'enk phaline, de la substance P, de l'hormone de lib ration de l'hormone lut inisante, de la neurotensine ou de la somatostatine. Les cat cholamines telles que la noradr naline et la dopamine servent de neurotransmetteurs des cellules SIF dans les ganglions autonomes. Les neurones postganglionnaires sympathiques lib rent g n ralement de la nor pin phrine, qui excite certaines cellules effectrices mais en inhibe d'autres. Les r cepteurs sur les cellules cibles peuvent tre des r cepteurs - ou -adr nergiques. Ces r cepteurs sont ensuite subdivis s en types de r cepteurs 1, 2, 1, 2 et 3 sur la base de caract ristiques pharmacologiques et g n tiques. La distribution de ces types de r cepteurs et les actions qu'ils m dient lorsqu'ils sont activ s par des neurones postganglionnaires sympathiques sont r pertori s pour divers organes cibles dans Tableau 11.1 Les r cepteurs 1 sont situ s de mani re post-synaptique, mais les r cepteurs 2 peuvent tre pr synaptiques ou post-synaptiques. Les r cepteurs situ s de mani re pr synaptique sont g n ralement appel s autor cepteurs ; ils inhibent g n ralement la lib ration de l' metteur. Les effets des agents qui excitent les r cepteurs 1 ou 2 peuvent tre distingu s gr ce l'utilisation d'antagonistes pour bloquer sp cifiquement ces r cepteurs. Par exemple, la prazosine est un antagoniste s lectif 1-adr nergique et la yohimbine est un antagoniste s lectif 2-adr nergique. Les effets des r cepteurs 1 sont m di s par l activation du syst me second messager inositol triphosphate/diacylglyc rol (voir Chapitre 3). En revanche, les r cepteurs 2 diminuent le taux de synth se de l ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) par action sur une prot ine G. Les r cepteurs ont t initialement class s sur la base de la capacit des antagonistes les bloquer, mais cette classification a t compl t e par des tudes g n tiques. Les prot ines 1 et 2 ont t tudi es de mani re beaucoup plus approfondie que 3, mais on pense que les prot ines qui composent les trois types de r cepteurs sont similaires, avec sept r gions couvrant la membrane reli es par des domaines intracellulaires et extracellulaires (voir ). Les m dicaments agonistes qui agissent sur les r cepteurs activent une prot ine G qui stimule l'ad nylyl cyclase pour augmenter la concentration d'AMPc. Cette action se termine par l accumulation de guanosine diphosphate. Muscle radial, iris Contraction (mydriase)++ Sphinctermuscle, iris Contraction (myosis) +++ Muscle ciliaire Relaxation pour vision de loin + Contraction pour vision de pr s +++ N ud sino-auriculaire 1Augmentation de la fr quence cardiaque++ Diminution de la fr quence cardiaque ; arr t vagal+++ Atria 1 Augmentation de la contractilit et de la conduction Diminution de la contractilit et (g n ralement) de la vitesse ++ augmentation de la vitesse de conduction ++ N ud auriculo-ventriculaire (AV) 1Augmentation de l'automaticit et diminution de la vitesse de conduction ; localisation de la conduction du bloc AV++ +++ Syst me His-Purkinje 1Augmentation de l'automaticit et faible effet de la vitesse de conduction+++ Ventricules 1Augmentation de la contractilit , de la conductionL g re diminution de la vitesse de contractilit , de l'automaticit et du d bit des stimulateurs idioventriculaires+++ Coronaire , 2Constriction+;dilatation Muscle squelettique , 2Constriction++;dilatation c,e Pulmonaire , 2Constriction+;dilatation Visc res abdominaux, r naux , 2Constriction+++;dilatation + Glandes salivaires Constriction+++ Dilatation++ Veines (syst miques) , 2Constriction++;dilatation++ R ponses des organes effecteurs aux impulsions nerveuses autonomes suite 11.1 Organes effecteurs Type de r cepteur Impulsions adr nergiques,a R ponsesb Impulsions cholinergiques,a R ponsesb Muscle bronchique 2Relaxation+ Contraction++ Glandes bronchiques?Inhibition(?)Stimulation+++ Motilit etton 2, 2Diminution (g n ralement) + Augmentation+++ Contraction des sphincters (g n ralement)+ Relaxation(g n ralement)+ S cr tionInhibition(?)Stimulation+++ Motilit et tonus 2, 2Diminution + Augmentation+++ Contraction des sphincters (g n ralement)+ Relaxation (g n ralement)+ S cr tionInhibition(?)Stimulation+++ V sicule biliaire et conduits Relaxation+ Contraction+ Motilit et tonus Augmentation (g n ralement) Augmentation (?) Ut rus , 2 Enceinte: contraction ( ); Variable non enceinte: relaxation ( ) Organes sexuels, masculin jaculation +++ rection +++ + S cr tion g n ralis e +++ Capsule spl nique , 2 Contraction +++; relaxation + M dullosurr nale S cr tion d' pin phrine et de noradr naline Foie , 2 Glycog nolyse, glucon ogen se 2 Augmentation de la s cr tion + Cellules adipeuses , 1 Li |
Physiologie de Ganong et Levy | polyse FromGoodmanLS, GilmanA.La base pharmacologique de la th rapeutique. 6thed.NewYork:Macmillan;1980.aAlongdash( ) signifie une innervation fonctionnelle inconnue. b Les r ponses sont d sign es de + +++ pour fournir une indication approximative de l'importance de l'activit nerveuse adr nergique et cholinergique dans le contr le des diff rents organes et fonctions r pertori s. c La dilatation pr domine dans le tube en raison d'un ph nom ne d'autor gulation m tabolique na. La r ponse des r cepteurs (vasodilatation) pr domine dans les vaisseaux sanguins des muscles squelettiques nettoy s du foie, et la r ponse des r cepteurs (vasoconstriction) pr domine dans les vaisseaux sanguins des autres visc res abdominaux. Les vaisseaux th r naux et ent riques contiennent galement des r cepteurs dopaminergiques sp cifiques, dont l'activation provoque une dilatation, mais leur physiolo sa signification gique n'a pas t tablie. f Le syst me cholinergique sympathique provoque une vasodilatation dans les muscles squelettiques, mais cela n'est pas impliqu dans la plupart des r ponses physiologiques. les r cepteurs des cellules ganglionnaires parasympathiques cholinergiques (excitatrices) du plexus d'Auerbach. h D pend du stade du cycle menstruel, de la quantit d'oestrog ne et de progest rone en circulation, ainsi que d'autres facteurs. L activit des r cepteurs est contr l e de plusieurs mani res. Il peut tre contrari par l action des r cepteurs 1. Les r cepteurs peuvent galement tre d sensibilis s par phosphorylation lors d'une exposition prolong e des agonistes. La r gulation du nombre de r cepteurs repr sente un troisi me m canisme de contr le. Par exemple, le nombre de r cepteurs peut tre diminu en tant internalis . Alternativement, le nombre de r cepteurs peut tre augment (r gul positivement) dans certaines circonstances : par exemple, apr s d nervation. Notez que le nombre de r cepteurs est galement r gul . En plus de lib rer de la noradr naline, les neurones postganglionnaires sympathiques lib rent des neuropeptides tels que la somatostatine et le neuropeptide Y. Par exemple, les cellules qui lib rent la fois la noradr naline et la somatostatine alimentent la muqueuse du tractus gastro-intestinal, et les cellules qui lib rent la fois la noradr naline et le neuropeptide Y innervent les vaisseaux sanguins dans le l'intestin et le membre. Un autre m diateur chimique dans les neurones postganglionnaires sympathiques est l'ad nosine triphosphate (ATP). Les cellules endocrines de la m dullosurr nale ressemblent bien des gards aux neurones postganglionnaires sympathiques (voir aussi ). Ils re oivent des informations de neurones pr ganglionnaires sympathiques, sont excit s par l'ac tylcholine et lib rent des cat cholamines. Cependant, les cellules de la m dullosurr nale diff rent des neurones postganglionnaires sympathiques en ce sens qu'elles lib rent des cat cholamines dans la circulation plut t que dans une synapse. De plus, la principale cat cholamine lib r e est l pin phrine et non la noradr naline. Chez l'homme, 80 % des cat cholamines lib r es par la m dullosurr nale sont de l' pin phrine et 20 % de la noradr naline. Certains neurones postganglionnaires sympathiques lib rent de l'ac tylcholine plut t que de la noradr naline. neurotransmetteur. Par exemple, les neurones postganglionnaires sympathiques qui innervent les glandes sudoripares eccrines sont cholinergiques. Les r cepteurs de l'ac tylcholine impliqu s sont muscariniques et sont donc bloqu s par l'atropine. De m me, certains vaisseaux sanguins sont innerv s par des neurones postganglionnaires sympathiques cholinergiques. En plus de lib rer de l'ac tylcholine, les neurones postganglionnaires qui alimentent les glandes sudoripares lib rent galement des neuropeptides, notamment le peptide li au g ne de la calcitonine et le polypeptide intestinal vasoactif. Le neurotransmetteur lib r par les neurones postganglionnaires parasympathiques est l'ac tylcholine. Les effets de ces neurones sur divers organes cibles sont r pertori s dans Tableau 11.1 . Les actions postganglionnaires parasympathiques sont m di es par les r cepteurs muscariniques. Sur la base d' tudes de liaison, de l'action d'antagonistes s lectifs et du clonage mol culaire, cinq types de r cepteurs muscariniques ont t identifi s (voir Chapitre 6). L'activation des r cepteurs M1 am liore la s cr tion d'acide gastrique dans l'estomac. Les r cepteurs M2 sont le type de r cepteur le plus abondant dans les muscles lisses, y compris les muscles lisses des intestins, de l'ut rus, de la trach e et de la vessie. De plus, ils sont pr sents dans les ganglions autonomes et dans le c ur, o ils exercent des actions chronotropes et inotropes n gatives (voir Chapitre 18). Les r cepteurs M 3 sont galement pr sents dans les muscles lisses de divers organes et, bien qu'ils soient moins abondants que les r cepteurs M2, les sch mas contractiles normaux |
Physiologie de Ganong et Levy | semblent n cessiter une interaction entre les deux types de r cepteurs. Les r cepteurs M4, comme les r cepteurs M2, sont pr sents dans les ganglions autonomes et jouent ainsi un r le dans la transmission synaptique au niveau de ces sites. Les r cepteurs M5 sont pr sents dans le muscle sphincter de la pupille, dans l' sophage et dans la glande parotide, ainsi que dans les vaisseaux sanguins c r braux. Les r cepteurs muscariniques, comme les r cepteurs adr nergiques, ont des actions diverses. Certains de leurs effets sont m di s par des syst mes sp cifiques de seconds messagers. Par exemple, les r cepteurs muscariniques M2 cardiaques peuvent agir via le syst me inositol triphosphate et peuvent galement inhiber l'ad nylyl cyclase et donc la synth se de l'AMPc. Les r cepteurs muscariniques ouvrent ou ferment galement les canaux ioniques, en particulier les canaux K+ ou Ca++. Cette action sur les canaux ioniques se produira probablement par l activation des prot ines G. Une troisi me action des r cepteurs muscariniques consiste d tendre les muscles lisses vasculaires par un effet sur les cellules endoth liales, qui produisent le facteur relaxant d riv de l'endoth lium (EDRF). L'EDRF est en fait de l'oxyde nitrique, un gaz lib r lorsque l'arginine est convertie en citrulline par l'oxyde nitrique synthase (voir ). L'oxyde nitrique d tend les muscles lisses vasculaires en stimulant la guanylate cyclase et en augmentant ainsi les niveaux de guanosine monophosphate cyclique (GMPc), qui son tour active une prot ine kinase d pendante du GMPc (voir ). Le nombre de r cepteurs muscariniques est r gul et l'exposition aux agonistes muscariniques diminue le nombre de r cepteurs par internalisation des r cepteurs. La maladie de Chagas est le r sultat d une infection par le parasite Trypanosoma cruzi. Environ 18 millions de personnes sont infect es dans le monde et environ 50 000 meurent chaque ann e la suite de complications de la maladie. Les formes les plus graves impliquent une hypertrophie de l' sophage, du c lon et du c ur. La perte du contr le parasympathique est une composante importante des stades initiaux de la maladie ; Les neurones rassympathiques innervant le c ur, l' sophage et le c lon sont d truits, ce qui entra ne des arythmies (une mort potentiellement subite) et un p ristaltisme. La cardiomyopathie chronique (dysfonctionnement du muscle cardiaque) pouvant entra ner la mort survient chez environ 30 % des personnes infect es. Bien que la pathog nie de la cardiomyopathie ne soit pas Bien compris, une id e principale implique l auto-immunit . Des anticorps contre les antig nes parasitaires ont t trouv s pour se lier au Les r cepteurs adr nergiques et M2 de l'ac tylcholine dans le c ur. Ces anticorps d clenchent non seulement des r ponses auto-immunes qui d truisent le muscle cardiaque, mais agissent galement comme agonistes de ces r cepteurs et provoquent des r ponses inappropri es du syst me cardiovasculaire des demandes externes changeantes. Contr le central de la fonction autonome Les d charges des neurones pr ganglionnaires autonomes sont contr l es par des voies qui font synapse sur les neurones pr ganglionnaires autonomes. Les voies qui influencent l'activit autonome comprennent les voies r flexes de la moelle pini re et du tronc c r bral, ainsi que les syst mes de contr le descendant provenant de niveaux sup rieurs du syst me nerveux, tels que l'hypothalamus. Exemples de contr le autonome d'organes particuliers Les muscles dilatateurs et constricteurs de l'iris, qui sont respectivement sous le contr le des fibres sympathiques et parasympathiques, d terminent la taille de la pupille. L'activation de l'innervation sympathique de l' il, via les rameaux blancs thoraciques et les ganglions sympathiques du tronc, dilate la pupille, ce qui se produit lors d'une excitation motionnelle et galement en r ponse une stimulation douloureuse. Le neurotransmetteur des synapses postganglionnaires sympathiques est la noradr naline et agit sur les r cepteurs . Le syst me nerveux parasympathique exerce une action sur la taille des pupilles oppos e celle du syst me nerveux sympathique. Alors que le syst me sympathique provoque une dilatation pupillaire, le syst me parasympathique resserre la pupille. Les nerfs parasympathiques pr ganglionnaires qui innervent le constricteur pupillaire se trouvent dans le noyau Edinger-Westphal, qui se trouve dans le m senc phale, et se d placent dans le nerf cr nien III. Des l sions de ce nerf peuvent donc entra ner une pupille dilat e (mydriase). Le contr le sympathique de la pupille est parfois affect par la maladie. Par exemple, l interruption de la fonction sympathique de la t te et du cou entra ne le syndrome de Horner. Ce syndrome se caract rise par la triadofmiosis (constriction pupillaire anormale), la ptosis (caus e par une paralysie du muscle tarsien sup rieur) et l'anhydrose (perte de transpiration) sur le visage. L' nophtalmie (r traction |
Physiologie de Ganong et Levy | de l' il dans l'orbite) se produit galement chez certains animaux (rats, chats et chiens, entre autres), mais chez l'homme. oune v ritable nophtalmie se produit ; cependant, il existe une nophtalmie apparente, une illusion cr e par la fermeture partielle de la paupi re partir de la ptose. Le syndrome de Horner peut tre produit par une l sion qui (1) d truit les neurones ioniques pr gangl s sympathiques de la moelle pini re thoracique sup rieure, (2) interrompt la cha ne sympathique cervicale ou (3) endommage la cha ne sympathique cervicale. Le tronc c r bral est la r gion de la formation r ticulaire, par laquelle les voies descendent jusqu' la moelle pini re pour activer les neurones pr ganglionnaires sympathiques. Dans le dernier cas, il y a galement une perte de transpiration du c t du corps ipsilat ral la l sion. La taille de la pupille est r duite par le r flexe pupillaire la lumi re et lors de l'accommodation pour la vision de pr s. Dans le r flexe pupillaire la lumi re, la lumi re qui frappe la r tine est trait e par des circuits r tiniens qui excitent les cellules ganglionnaires r tiniennes de type W (voir Chapitre 8). Ces cellules r pondent un clairage diffus. Les axones de certaines cellules de type W se projettent travers le nerf optique et se dirigent vers la zone pr tectale, o ils font synapse dans le noyau pr tectal olivaire. Ce noyau contient des neurones qui r pondent galement une illumination diffuse. L'activit des neurones du noyau pr tectal olivaire provoque une constriction pupillaire au moyen de connexions bilat rales avec les neurones pr ganglionnaires parasympathiques des noyaux d'Edinger-Westphal. Le r flexe entra ne une contraction des muscles du sphincter pupillaire des deux yeux, m me lorsque la lumi re n est dirig e que vers un seul il. La r ponse d'accommodation, importante pour la mise au point sur des objets proches, implique une constriction pupillaire, augmentant la courbure du cristallin et la convergence des yeux. Cette r ponse est d clench e par les informations provenant des cellules M de la r tine qui sont transmises au cortex stri par la voie visuelle g nculostri e (voir ). On pense que les stimuli sp cifiques qui d clenchent l accommodation sont une image r tinienne floue et une disparit de l image entre les deux yeux. Une fois les informations trait es dans le cortex visuel, les signaux sont transmis directement ou indirectement au cortex temporal moyen, o ils activent les neurones d'une zone visuelle appel e MT. Les neurones de la zone MT transmettent des signaux au m senc phale qui activent les neurones pr ganglionnaires parasympathiques dans les noyaux d'Edinger-Westphal, ce qui entra ne une constriction pupillaire. Dans le m me temps, des signaux sont transmis au muscle ciliaire qui provoquent sa contraction. Le la contraction du muscle ciliaire permet au cristallin de s'arrondir et d'augmenter son pouvoir r fringent. (La convergence est une r ponse somatique m di e par les neurones du noyau oculomoteur [nerf cr nien III] du m senc phale.) Le r flexe pupillaire lumineux est parfois absent chez les patients atteints de syphilis tertiaire (avanc e), qui affecte le SNC (c'est- -dire sous la forme de tabesdorsalis). Bien que l' l ve ne r ponde pas la lumi re, il s'agit d'une r ponse d'accommodation normale. Cette condition est connue sous le nom d' l ve d'Argyll Robertson. Le m canisme exact est controvers . Une explication repose sur le fait que certaines fibres du tractus optique se projettent vers la zone prectale du cerveau moyen. Ces fibres peuvent tre endommag es dans le cas d'une m ningite syphilitique, peut- tre par la pr sence de spiroch tes dans l'espace sous-arachno dien. Notez que la zone pr tectale se projette vers l'Edinger. Le noyau Westphal, galement dans le cerveau moyen, dont les cellules sont l'origine de l'innervation parasympathique de l' il, qui contr le le muscle du sphincter pupillaire. Bien que l'entr e dans le noyau pr tectal olivaire soit interrompue, les fibres du tractus optique projetant vers le noyau g nicul lat ral ne sont pas d truites et la vision est donc maintenue, ce qui entra ne une contraction pupillaire pendant l'accommodation. La vessie est contr l e par des voies r flexes dans la moelle pini re ainsi que par un centre supraspinal ( 11.3 ). L'innervation sympathique provient des neurones sympathiques pr ganglionnaires situ s dans les segments lombaires sup rieurs de la moelle pini re. Les axones sympathiques postganglionnaires agissent pour inhiber le muscle lisse (muscle d trusor) dans tout le corps de la vessie, et ils agissent galement pour exciter le muscle lisse de la r gion du trigone et le sphincter ur tral interne. Figue. 11.3 Illustration des voies descendantes et eff rentes pour les r flexes qui contr lent la vessie urinaire. Pour plus de clart , seules certaines des principales voies impliqu es sont indiqu es. Le muscle d trusor est inhib toniquement pendant le |
Physiologie de Ganong et Levy | remplissage de la vessie, et une telle inhibition emp che l' vacuation de l'urine. L'inhibition du muscle d trusor est m di e par l'action de la noradr naline sur les r cepteurs , tandis que l'excitation du trigone et du sphincter ur tral interne est provoqu e par l'action de la noradr naline sur les r cepteurs . Le sphincter externe de l ur tre aide galement contr ler la miction. Ce sphincter est un muscle stri , innerv par les axones moteurs des nerfs pudendal, qui sont des nerfs somatiques. Les motoneurones sont situ s dans le noyau Onuf, dans la corne ventrale de la moelle pini re sacr e. Les neurones parasympathiques pr ganglionnaires qui contr lent la vessie sont situ s dans la moelle pini re sacr e (les segments S2 et S3 ou S3 et S4). Ces neurones cholinergiques se projettent travers les nerfs pelviens et sont distribu s dans les ganglions du plexus pelvien et de la paroi de la vessie. Les neurones parasympathiques post-ganglionnaires de la paroi v sicale innervent le muscle d trusor, ainsi que le trigone et le sphincter. L'activit parasympathique contracte le muscle d trusor et d tend le trigone et le sphincter interne. Ces actions entra nent la miction ou la miction. Certains neurones postganglionnaires sont cholinergiques et d autres sont purinergiques (ils lib rent de l ATP). La miction est normalement contr l e par le r flexe mictionnel (voir 11.3 ). Les m canor cepteurs de la paroi v sicale sont excit s la fois par l tirement et la contraction des muscles de la paroi v sicale. Ainsi, mesure que l'urine s'accumule et distend la vessie, les aff rents m canor cepteurs commencent se d charger. La pression dans la vessie est faible lors du remplissage (5 10 cm H2O), mais elle augmente brusquement au d but de la miction. La miction peut tre d clench e par r flexe ou volontairement. Lors de la miction r flexe, les fibres aff rentes de la vessie excitent les neurones qui se projettent vers le tronc c r bral et activent le centre de miction dans le pont rostral (noyau de Barrington). Les projections descendantes inhibent galement les neurones pr ganglionnaires sympathiques qui emp chent la miction. Lorsqu un niveau d activit suffisant se produit dans cette voie ascendante, la miction est d clench e par le centre de la miction. Les commandes atteignent la colonne vert brale sacr e cordon par une voie r ticulospinale. L'activit de la projection sympathique vers la vessie est inhib e et les projections parasympathiques vers la vessie sont activ es. La contraction des muscles de la paroi de la vessie provoque une d charge vigoureuse des m canor cepteurs qui alimentent la paroi de la vessie et active ainsi davantage l'anse supraspinale. Le r sultat est une vidange compl te de la vessie. Une voie r flexe spinale existe galement pour la miction. Cette voie est op rationnelle chez les nouveau-n s. Cependant, avec la maturation, les voies de contr le supraspinales jouent un r le dominant dans le d clenchement de la miction. Apr s une l sion de la moelle pini re, les humains adultes perdent le contr le de leur vessie pendant la p riode de choc m dullaire (incontinence urinaire). mesure que la moelle pini re se remet d'un choc rachidien, un certain degr de fonction de la vessie est r cup r en raison de l'am lioration du r flexe mictionnel de la moelle pini re. Cependant, la vessie a un tonus musculaire accru et ne se vide pas compl tement. Ces circonstances conduisent fr quemment des infections urinaires. Centres autonomes dans le cerveau L'influence sur la production autonome est maintenue par les centres autonomes, constitu s de r seaux locaux de neurones, dans diverses r gions du cerveau. Le centre de miction dans le pont, dont nous venons de parler, en est un exemple. Il existe de nombreux autres centres autonomes aux fonctions diverses. Centres vasomoteurs et vasodilatateurs se trouvent dans la moelle et les centres respiratoires se trouvent dans la moelle et le pont. La plus grande concentration de centres autonomes se trouve peut- tre dans l hypothalamus. L'hypothalamus et la zone pr optique L'hypothalamus fait partie du dienc phale. Certains noyaux de l'hypothalamus sont repr sent s Figure 11.4 . Situ es en avant de l'hypothalamus se trouvent les structures t lenc phaliques : la r gion pr optique et le septum, qui aident toutes deux r guler la fonction autonome. Les faisceaux de fibres importants qui traversent l'hypothalamus sont le fornix, le faisceau m dial du cerveau ant rieur et le tractus mammillothalamique. Le fornix sert de rep re pour diviser l hypothalamus en zones m diale et lat rale. L'hypothalamus a de nombreuses fonctions ; voir pour une discussion sur le contr le hypothalamique de la fonction endocrinienne. Son contr le de la fonction autonome est ici soulign . Dans son contr le de la fonction autonome, l'hypothalamus fonctionne un peu comme un syst me de contr le appel , dans la Fig. 11.4 Illustration des noyaux principaux de l'hypothalam |
Physiologie de Ganong et Levy | us, vus depuis le troisi me ventricule. Ant rioriste droite. (Redessin de NautaWJH,HaymakerW.The Hypothalamus. Springfield, IL:CharlesCThomas;1969.), un servom canisme : c'est- -dire un syst me dans lequel un param tre physiologique particulier est contr l via l'utilisation de boucles de r troaction n gatives pour maintenir le param tre un point de consigne ou une valeur particuli re. Les exemples suivants illustrent ce principe pour la temp rature corporelle, le poids corporel, l adiposit et la consommation d eau. Les animaux hom othermes maintiennent une temp rature corporelle centrale relativement constante dans des situations de temp ratures environnementales fluctuantes et de niveaux d'activit corporelle diff rents qui provoquent une production de chaleur endog ne. Cette capacit repose sur les informations provenant de trois groupes principaux de thermor cepteurs situ s dans la peau, le SNC et les visc res. Les informations sur la temp rature externe sont fournies par les thermor cepteurs de la peau. La temp rature corporelle centrale est surveill e par les neurones thermor cepteurs centraux de la zone pr optique (et ventuellement de la moelle pini re), qui surveillent la temp rature du sang local. Les thermor cepteurs des visc res surveillent la temp rature dans ces organes. Tous ces r cepteurs fournissent des informations sur la temp rature la zone pr optique (voies d crites plus loin), ainsi qu' certaines parties de l'hypothalamus, dans lesquelles ces informations sont utilis es pour maintenir constante la temp rature corporelle centrale. Ainsi, l aire pr optique et l hypothalamus agissent ensemble comme un servom canisme avec une consigne la temp rature corporelle normale. Bien que les signaux provenant de chacune de ces sources soient int gr s, leur importance relative peut varier en fonction de la situation. Les changements de temp rature ambiante provoquent des changements de temp rature de la peau plus rapides et beaucoup plus importants que ceux du corps, et les r cepteurs cutan s sont donc probablement le m canisme initial et le plus souvent utilis pour compenser les changements de temp rature externes. Les thermor cepteurs centraux sont plus importants dans les situations o il y a des causes internes de changement de temp rature, comme pendant l'exercice, ou dans lesquelles les changements externes de temp rature sont si graves ou prolong s que la temp rature centrale du corps commence changer malgr les signaux des thermor cepteurs p riph riques. Enfin, l'alt ration de la temp rature corporelle par ingestion d'aliments ou de liquides chauds ou froids est d tect e par les thermor cepteurs visc raux. Les signaux d'erreur (c'est- -dire le refroidissement et le r chauffement du corps), qui repr sentent un cart par rapport au point de consigne du servom canisme, voquent des r ponses qui tendent ramener la temp rature corporelle vers le point de consigne. Ces r ponses sont m di es par les syst mes autonome, somatique et endocrinien. Les situations impliquant le refroidissement, par exemple, d clenchent diverses r ponses qui augmentent la production de chaleur (thermogen se) et minimisent les pertes de chaleur. La production de chaleur est augment e par des m canismes qui incluent la thermogen se des frissons (contractions asynchrones des muscles squelettiques qui augmentent la production de chaleur) et la thermogen se du tissu adipeux brun (BAT) (dans la thermogen se des BAT, la phosphorylation oxydative est d coupl e de la synth se de l'ATP, ce qui permet l' nergie lib r e par la r action tre dissip e sous forme de chaleur), et l'augmentation des niveaux d'hormones thyro diennes entra ne une augmentation du m tabolisme. Les pertes de chaleur sont r duites par la vasoconstriction cutan e et par l'horripilation. L'horripilation est efficace chez les animaux fourrure mais pas chez les humains ; dans ce dernier cas, le r sultat n'est que la chair de poule. De plus, une tachycardie se produit, ce qui peut aider fournir des m tabolites utilis s dans la thermogen se aux tissus thermog niques (graisse et muscle) et aider distribuer la chaleur g n r e dans tout le corps. Enfin, la perception d'avoir froid influence la d cision d'initier des comportements volontaires : en l'occurrence, ventuellement enfiler une veste. Le r chauffement du corps provoque g n ralement des changements dans la direction oppos e. L activit de la glande thyro de diminue, ce qui entra ne une diminution de l activit m tabolique et une moindre production de chaleur. La perte de chaleur est augment e par la transpiration, la salivation (chez certains animaux mais pas chez l'homme) et la vasodilatation cutan e (en raison d'une diminution de l'activit sympathique). Cependant, une nouvelle fois, une tachycardie se produit, cette fois probablement pour permettre une perfusion optimale de la circulation cutan e pour la dissipation de la chaleur. Les premi res tudes ont identifi la r gion |
Physiologie de Ganong et Levy | pr optique et l'hypothalamus ant rieur comme centre de perte de chaleur et l'hypothalamus post rieur comme centre de conservation de la chaleur. Par exemple, les l sions dans la r gion pr optique emp chent la transpiration et la vasodilatation cutan e, et si une personne pr sentant une l sion dans cette r gion est plac e dans un environnement chaud, une hyperthermie se produit. A l inverse, la stimulation lectrique du centre de d perdition de chaleur provoque une vasodilatation cutan e et inhibe les frissons. En revanche, les l sions dans la zone dorsolat rale au corps mammillaire interf rent avec la production et la conservation de la chaleur et peuvent provoquer une hypothermie lorsque la personne se trouve dans un environnement froid. La stimulation lectrique dans cette r gion du cerveau provoque des frissons. De nombreux d tails des circuits et des processus physiologiques sous-jacents aux r ponses de r gulation de la temp rature sont maintenant connus et indiquent que la zone pr optique et le noyau hypothalamique m dial dorsal sont des l ments cl s dans la r gulation de la temp rature corporelle. L'aire pr optique en particulier semble tre la cible des diff rentes sources d'informations sensorielles. Les informations sur la temp rature cutan e sont transmises par des aff rences primaires thermosensibles qui se synapsent dans la corne dorsale de la moelle pini re sur des neurones qui se projettent et excitent le noyau parabrachial dans le m senc phale caudal. Les informations provenant des aff rences visc rales sont galement relay es par le noyau solitaire vers le noyau parabrachial. Les neurones parabrachiaux excitent leur tour les neurones situ s dans une partie sp cifique de l'aire pr optique, le noyau m dian (de l'aire pr optique). De nombreux neurones du noyau m dian sont galement sensibles aux changements locaux de la temp rature sanguine et contiennent le r cepteur 3 (EP3) de la prostaglandine E2 (PGE2), qui m die les r ponses f briles (voir l'encadr suivant Dans la clinique ). Ainsi, le noyau pr optique m dian est un l ment cl du syst me de contr le de la thermor gulation dans lequel les informations provenant des diff rents types de thermor cepteurs sont int gr es. La sortie de ce noyau est dirig e vers la zone pr optique m diale voisine, qui se projette vers les r gions de la moelle rostrale, la fois directement et via le noyau hypothalamique m dial dorsal. La moelle rostrale poss de des neurones projection spinale qui se projettent vers la corne lat rale de la moelle pini re, o se trouvent les neurones sympathiques pr ganglionnaires, et l'activit de ces neurones r gule la thermogen se des BAT et module le tonus vasomoteur cutan . La moelle rostrale se projette galement vers la corne ventrale de la moelle pini re, qui contient les motoneurones somatiques qui contractent les muscles squelettiques et assurent ainsi la m diation de la r ponse aux frissons. La fi vre, qui accompagne certaines infections, peut tre consid r e comme une l vation de la temp rature corporelle. Cette l vation peut tre caus e par la lib ration de pyrog nes L effet pyrog ne qui augmente le point de consigne est principalement d l action des prostaglandes dans la liaison de la PGE2 aux r cepteurs EP3 des neurones de la zone pr optique. La PGE 2 est lib r e par les tissus p riph riques et par les vaisseaux sanguins alimentant la zone pr optique. ou provoque une r duction de l'activit des neurones pr optiques. Cette r duction de l'activit neuronale entra ne une augmentation de la production de chaleur par le biais de frissons et de thermogen se des BAT, ainsi qu'une conservation de la chaleur par vasoconstriction cutan e, dont l'effet combin est d'augmenter la temp rature corporelle. des tudes dans lesquelles l'injection de PGE2 dans la zone pr optique a induit de la fi vre et d'autres dans lesquelles la suppression s lective du r cepteur EP3 des neurones pr optiques a aboli la capacit des injections de PGE2 induire de la fi vre. R gulation de l'alimentation et du poids corporel L'hom ostasie nerg tique est cruciale pour la survie de l'animal. Le d fi est que la plupart des cellules ont besoin d un apport continu de nutriments pour fonctionner, mais la plupart des animaux ne mangent pas constamment ; au lieu de cela, ils prennent des repas p riodiques. Ainsi, pour atteindre l hom ostasie nerg tique, le comportement alimentaire est contr l par de nombreux facteurs, qui agissent la fois court terme pour contr ler l ingestion et long terme pour contr ler le poids corporel afin d assurer des r serves d nergie suffisantes. Des facteurs la fois h doniques et hom ostatiques sont impliqu s ; cependant, dans ce chapitre, l'accent est mis sur ce dernier en raison du r le central que joue l'hypothalamus dans l'hom ostasie nerg tique. court terme, l alimentation est contr l e par un certain nombre de m canismes. Premi rement, la paroi de l estomac poss de des r cepteurs d tir |
Physiologie de Ganong et Levy | ement qui signalent la distension lorsque la nourriture remplit l estomac. Ces signaux sont transmis par les aff rents du nerf vague au noyau solitaire de la moelle. De l , l'information est relay e vers plusieurs zones du cerveau, dont l'hypothalamus, soit directement, soit via un relais dans le noyau parabrachial, pour organiser les r ponses autonomes au mat riel ing r , ainsi que vers le thalamus et le cortex, pour une conscience consciente de la pl nitude de l'estomac. . Dans l'hypothalamus, les noyaux paraventriculaire, dorsom dial et arqu ainsi que l'hypothalamus lat ral sont les principales cibles de ces signaux. Les aff rences sensorielles d tectent galement les concentrations de glucose et de lipides dans les intestins et dans la circulation porte h patique et envoient ces informations au noyau solitaire et, de l , l'hypothalamus, d'une mani re similaire celle d crite pour les r cepteurs d' tirement. De plus, l'estomac et l'intestin lib rent un certain nombre d'hormones en r ponse l'alimentation, notamment la chol cystokinine, le peptide YY, le glucagonlike peptide-1 (GLP-1) et la ghr line. Les cellules hypothalamiques poss dent des r cepteurs pour bon nombre de ces hormones et peuvent tre directement influenc es par celles-ci. De plus, les cellules d autres zones du cerveau poss dent des r cepteurs pour ces hormones et peuvent donc constituer une voie indirecte vers l hypothalamus. L'une de ces r gions est la zone postrema, qui est juste dorsale au noyau solitaire et se projette vers lui. L'aire postrema n'est pas prot g e par la barri re h mato-enc phalique (c'est l'un des organes circumventriculaires) et ses neurones r pondent la chol cystokinine et au GLP-1, ce qui entra ne une diminution de l'apport alimentaire. Le contr le du poids corporel long terme est influenc par de nombreux facteurs et implique l interaction des syst mes nerveux et endocrinien. Dans cette section, l'accent est mis sur le r le de l'hypothalamus et son contr le sur le syst me nerveux autonome, ce qui fournit un autre exemple de la fa on dont l'hypothalamus fait partie d'un syst me nerveux autonome. servom canisme. Dans ce cas, l adiposit est le param tre contr l . Pour plus de d tails sur le r le du syst me endocrinien, voir Les premi res tudes dans lesquelles les chercheurs ont utilis des l sions et une stimulation lectrique ont fourni la preuve que les hypothalamus ventrom dial et ventrolat ral sont impliqu s dans l'hom ostasie nerg tique. Une l sion de la r gion ventrom diale provoque une augmentation de la prise alimentaire (hyperphagie) qui entra ne l'ob sit , tandis que la stimulation lectrique de la m me r gion diminue le comportement alimentaire. Il a galement t d montr que ces l sions alt rent l'activit autonome, augmentant le tonus parasympathique et diminuant le tonus sympathique, ce qui entra ne des taux lev s d'insuline dans le sang, qui leur tour favorisent la conservation et le stockage de l' nergie (voir ). Ces observations ont conduit l id e que l hypothalamus ventrom dian contient un centre de sati t . Cependant, une autre interpr tation est que la principale variable contr l e pourrait ne pas tre simplement le comportement alimentaire en soi, mais plut t le poids corporel et, plus sp cifiquement, les niveaux de graisse corporelle (c'est- -dire l'adiposit ). Ainsi, la modulation du comportement alimentaire peut n tre qu une des nombreuses actions utilis es pour d fendre un point de consigne de poids corporel. La preuve en est que, bien que les l sions provoquent une p riode initiale de prise de poids dynamique au cours de laquelle une hyperphagie est pr sente, celle-ci est suivie d'une p riode statique au cours de laquelle un poids plus lev est maintenu sans hyperphagie. De plus, les animaux pr sentant une l sion de l'hypothalamus ventrom dian et nourris avec une quantit fixe (normale) de nourriture pour pr venir l'hyperphagie deviennent n anmoins ob ses, ce qui implique des changements dans la r gulation d'autres processus m taboliques. Enfin, il a t d montr que les l sions de l hypothalamus ventrom dian modifient les niveaux de d pense nerg tique. Contrairement aux l sions de l'hypothalamus ventrom dian, celles de l'hypothalamus lat ral suppriment la prise alimentaire (hypophagie) et entra nent une diminution du poids corporel ; en effet, les animaux peuvent mourir de faim apr s de telles l sions. l inverse, la stimulation lectrique du faisceau m dial du cerveau ant rieur dans l hypothalamus lat ral voque un comportement exploratoire et une alimentation, si de la nourriture est pr sente. Cette stimulation fournit galement une r compense d pendante de la dopamine qui m die les effets incitatifs des r compenses naturelles (nourriture, sexe) ainsi que les effets gratifiants de la plupart des drogues abusives. Ces observations ont conduit penser que l'hypothalamus lat ral contient un centre d'alimentation. Cette interpr tation est cependant compliqu e par |
Physiologie de Ganong et Levy | le fait que les axones dopaminergiques des neurones de la substance noire passent juste lat ralement l'hypothalamus lat ral pour se diriger vers le striatum, et donc la perte ou la stimulation de ces fibres pourrait expliquer les effets produits dans ces exp riences. Cependant, il a t d montr que les neurones hypothalamiques lat raux synth tisent des peptides, tels que l'orexine, qui affectent le comportement alimentaire. L'hypothalamus lat ral joue donc probablement un r le dans l'hom ostasie nerg tique. Dans des tudes plus r centes, les chercheurs ont identifi un certain nombre d'hormones et de neuropeptides impliqu s dans l'alimentation et le contr le du poids corporel, et de nombreuses interactions entre les syst mes endocrinien et nerveux qui sont la base de l'hom ostasie nerg tique ont t clarifi es. Chez les individus normaux, les taux sanguins d insuline sont corr l s l adiposit (en plus de varier fortement avec les taux sanguins de glucose et d autres substances). De m me, le taux de prot ine leptine, une hormone lib r e par les adipocytes (principalement ceux qui forment le tissu adipeux blanc), est corr l l'adiposit . Des niveaux lev s de leptine inhibent la prise alimentaire et stimulent les processus cataboliques, notamment la perte de tissu adipeux, tandis que de faibles niveaux de leptine d clenchent les actions inverses. De m me, des niveaux lev s d insuline favorisent les processus de stockage d nergie. La capacit de la leptine et de l'insuline r guler le poids corporel a t associ e leurs actions sur l'hypothalamus, en particulier sur le noyau arqu , dont les neurones expriment des r cepteurs pour les deux hormones (voir aussi ). Deux classes principales de neurones noyau arqu qui r pondent la leptine et l'insuline ont t identifi es. Les neurones qui expriment la proopiom lanocortine (POMC) et les transcrits li s la coca ne et aux amph tamines (CART) sont stimul s par la leptine et l'insuline, et leur activit entra ne une augmentation du catabolisme. En revanche, l activit d un deuxi me groupe de neurones, ceux qui expriment le neuropeptide Y (NPY) et le peptide apparent l agouti (AgRP), d clenche des processus anabolisants mais est inhib e par la leptine et l insuline. Ainsi, l'augmentation des niveaux de graisse corporelle entra ne des niveaux lev s de leptine et d'insuline, qui leur tour (1) augmentent l'activit des neurones exprimant POMC et CART, conduisant une augmentation du catabolisme, et (2) diminuent l'activit de Neurones exprimant NPY et AgRP, entra nant une diminution de l'anabolisme ; qui agissent tous deux pour ramener les niveaux de graisse corporelle leur point de consigne. La diminution des niveaux de graisse corporelle entra nerait une s quence d v nements oppos s celle qui vient d tre d crite pour augmenter les niveaux de graisse corporelle jusqu leur niveau ou point de consigne d origine. Le membre eff rent qui m die les actions de ces ensembles de neurones arqu s n est pas enti rement d fini. Cependant, la projection du noyau arqu vers le noyau hypothalamique paraventriculaire semble tre une tape importante dans cette voie. Les neurones paraventriculaires contiennent de l'ocytocine. Beaucoup d'entre eux se projettent vers l'hypophyse post rieure et sont impliqu s dans la lactation et les contractions ut rines pendant le travail (voir ). Cependant, les neurones paraventriculaires impliqu s dans la r gulation du poids corporel constituent un sous-ensemble distinct de neurones qui se projettent jusqu'au tronc c r bral et la moelle pini re, o ils se synapsent probablement avec les noyaux autonomes et pr autonomiques qui contr lent les fibres vagales parasympathiques du pancr as, qui agissent pour stimuler la lib ration d'insuline. , et des fibres sympathiques, qui agissent pour inhiber sa lib ration. R gulation de la prise d'eau La prise d'eau d pend galement d'un servom canisme. L'apport hydrique est influenc par l'osmolalit et le volume sanguin ( Figure 11.5 Avec la privation d eau, le liquide extracellulaire devient hyperosmotique, ce qui entra ne une hyperosmotique du liquide intracellulaire. Le cerveau contient des neurones qui servent d'osmor cepteurs pour d tecter les augmentations de la pression osmotique du liquide extracellulaire (voir aussi ). Les osmor cepteurs semblent tre situ s dans l'organum R cepteurs de l'angiotensine II R cepteurs de l'angiotensine II R cepteurs osmotiques Vaisseaux sanguins Circuit de boisson, y compris les neurones lib rant la vasopressine dans l'hypophyse post rieure B Fig. 11,5 A, Les structures sont cens es jouer un r le dans la r gulation de la consommation d'eau chez les rats. LHA, zone hypothalamique lat rale. B, circuits neuronaux qui signalent des changements dans la molalit et le volume du sang. Les organes circumventriculaires entourent les ventricules c r braux et sont d pourvus de barri re h mato-enc phalique. L'organe sous-fornique et l'organ |
Physiologie de Ganong et Levy | um vasculosum sont impliqu s dans la soif. La privation d'eau entra ne galement une diminution du volume sanguin, qui est d tect e par les r cepteurs situ s du c t basse pression du syst me vasculaire, y compris l'oreillette droite du c ur (voir aussi ). De plus, une diminution du volume sanguin d clenche la lib ration de r nine par les reins. La r nine d compose l'angiotensinog ne en angiotensine I, qui est ensuite hydrolys e en angiotensine II (voir ). Ce peptide stimule la boisson par une action sur les r cepteurs de l'angiotensine II dans un autre des organes circumventriculaires, l'organe sous-fornique. L'angiotensine II provoque galement une vasoconstriction et une lib ration d'aldost rone et d'hormone antidiur tique (ADH). Une consommation d eau insuffisante est g n ralement un probl me plus grave qu une consommation d eau excessive. Cependant, lorsque plus d'eau est absorb e que n cessaire, elle est facilement limin e par inhibition de la lib ration d'ADH par les neurones du noyau supraoptique leurs extr mit s dans l'hypophyse post rieure (voir ). Comme mentionn pr c demment, les signaux qui inhibent la lib ration d'ADH comprennent une augmentation du volume sanguin et une diminution de l'osmolalit du liquide extracellulaire. D'autres zones de l'hypothalamus, en particulier la r gion pr optique et l'hypothalamus lat ral, aident r guler la consommation d'eau, tout comme plusieurs structures ext rieures l'hypothalamus. Plusieurs r gions du cerveau ant rieur autres que l'hypothalamus jouent galement un r le dans le contr le autonome. Ces r gions comprennent le noyau central de l'amygdale et le noyau du lit de la strie terminale, ainsi qu'un certain nombre de zones du cortex c r bral. L'information atteint ces centres autonomes sup rieurs depuis les visc res via un syst me ascendant qui implique le noyau du tractus solitaire, le noyau parabrachial, la mati re grise p riaqueducale et l'hypothalamus. Voies descendantes qui aident contr ler le syst me autonome l'activit provient de structures telles que le noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, le groupe de cellules noradr nergiques A5, la moelle ventrolat rale rostrale, ainsi que les noyaux du raph et les structures adjacentes de la moelle ventrom diane. Influences neuronales sur le syst me immunitaire Le stress environnemental peut provoquer une immunosuppression, dans laquelle le nombre de cellules T auxiliaires et l'activit des cellules tueuses naturelles sont r duits. L'immunosuppression peut m me tre le r sultat d'un conditionnement classique. Un m canisme pour un tel effet implique la lib ration du facteur de lib ration de corticotropine par l'hypothalamus. Le facteur de lib ration des corticotropines provoque la lib ration de l'hormone adr nocorticotrope (ACTH) par l'hypophyse ; la lib ration d'ACTH stimule la s cr tion de corticost ro des surr naliens, qui provoquent une immunosuppression (voir ). D'autres m canismes incluent des actions neuronales directes sur le tissu lympho de. Le syst me immunitaire peut galement influencer l activit neuronale. 1. Le syst me nerveux autonome contr le les muscles lisses, le muscle cardiaque et les glandes. Il aide maintenir l hom ostasie et coordonne les r ponses aux stimuli externes. Il comporte des composantes sensorielles et motrices, et la composante motrice est constitu e de divisions sympathiques et parasympathiques. Le syst me nerveux ent rique est souvent consid r comme faisant partie du syst me nerveux autonome, mais il est sp cifiquement concern par le contr le du tractus gastro-intestinal. 2. Les voies motrices autonomes poss dent des neurones pr ganglionnaires et postganglionnaires. Les neurones pr ganglionnaires r sident dans le SNC, tandis que les neurones postganglionnaires se trouvent dans les ganglions p riph riques. Les neurones pr ganglionnaires sympathiques sont situ s dans la r gion thoraco-lombaire de la moelle pini re et les neurones postganglionnaires sympathiques sont situ s dans les ganglions paravert braux et pr vert braux. Les neurones pr ganglionnaires parasympathiques sont situ s dans les noyaux des nerfs cr niens ou dans la partie sacr e de la moelle pini re. Les neurones postganglionnaires parasympathiques r sident dans les ganglions situ s dans ou proximit des organes cibles. 3. Les fibres aff rentes autonomes innervent les r cepteurs sensoriels des visc res. La plupart fonctionnent pour activer les r flexes ; pour certains, l activation conduit galement des sensations v cues consciemment. 4. Le syst me nerveux ent rique comprend les plexus myent riques et sous-muqueux de la paroi du tractus gastro-intestinal. Le plexus myent rique r gule la motilit et le plexus sous-muqueux r gule le transport et la s cr tion des ions et de l'eau. 5. Les neurotransmetteurs au niveau des synapses des neurones pr ganglionnaires des ganglions autonomes comprennent l'ac tylcholine (agissant la fois sur les r cepteurs nicotiniques et muscari |
Physiologie de Ganong et Levy | niques) et un certain nombre de neuropeptides. Les interneurones dans Nakamura K. Circuits centraux pour la r gulation de la temp rature corporelle et la fi vre. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2011;301 : R1207-R1228. les ganglions lib rent des cat cholamines. La noradr naline (agissant sur les r cepteurs adr nergiques) est le neurotransmetteur g n ralement lib r par les neurones postganglionnaires sympathiques ; les neuropeptides sont galement lib r . Les neurones postganglionnaires sympathiques qui alimentent les glandes sudoripares lib rent de l'ac tylcholine. Les neurones postganglionnaires parasympathiques lib rent de l'ac tylcholine (agissant sur les r cepteurs muscariniques). 6. La pupille est contr l e r ciproquement par les syst mes nerveux sympathique et parasympathique. L'activit sympathique provoque une dilatation pupillaire (mydriase) ; l'activit parasympathique provoque une constriction pupillaire (m iose). 7. La vidange de la vessie d pend de l' coulement parasympathique lors du r flexe mictionnel. La constriction sympathique du sphincter interne de l'ur tre emp che la miction. Le r flexe mictionnel est d clench par les r cepteurs d' tirement et est contr l chez les adultes normaux par un centre de miction situ dans le pont. 8. L'hypothalamus contient de nombreux noyaux qui remplissent diverses fonctions li es la r gulation des fonctions corporelles de base, notamment la temp rature corporelle, le poids corporel et l'apport hydrique. 9. L objectif de la fonction hypothalamique est de maintenir l hom ostasie des param tres physiologiques critiques en agissant comme un servom canisme. L'hypothalamus re oit des informations sur des param tres physiologiques sp cifiques et utilise ces informations pour maintenir chacun de ces param tres un point de consigne sp cifique. Cela se fait via plusieurs m canismes. Ce chapitre illustre comment il maintient l'hom ostasie via son contr le du syst me autonome. Saper CB, Chou TC, Elmquist JK. Le besoin de se nourrir : contr le hom ostatique et h donique de l alimentation. Neurone. 2002;36 : 199-211. Squire L, Berg D. Neurosciences fondamentales. 4e d. New York : Presse acad mique ; 2012. SECTION 3Muscle JAMES M. WATRAS A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire l'organisation du muscle squelettique, y compris les caract ristiques structurelles/prot ines de la fibre musculaire squelettique qui relient les l ments contractiles la matrice extracellulaire et aux os pour effectuer le mouvement. Tout en d crivant les diff rents liens, identifiez les affections cong nitales qui affectent g n ralement des structures particuli res et comment elles pourraient contribuer une myopathie. 2. D crire les m canismes mol culaires par lesquels un potentiel d'action dans le motoneurone de la corne ventrale de la colonne vert brale peut conduire la contraction d'un muscle squelettique. 3. D crire les m canismes par lesquels la force de contraction des muscles squelettiques augmente. 4. Comparez les types de fibres musculaires squelettiques en termes de sch ma de recrutement, de caract ristiques m taboliques, de caract ristiques contractiles et donc d'ad quation diff rents types d'activit . 5. Discutez des voies de signalisation qui contribuent l expression du ph notype musculaire contraction lente par rapport au ph notype musculaire contraction rapide. 6. D crire les voies de signalisation g n rales qui contribuent l'hypertrophie ou l'atrophie. 7. Discutez des m canismes sous-jacents au d veloppement de la fatigue musculaire. 8. D crire les m canismes sous-jacents au r flexe monosynaptique. 9. Discutez des courbes longueur-tension et des courbes force-vitesse pour le muscle squelettique, y compris les bases mol culaires des deux courbes. Les cellules musculaires sont hautement sp cialis es dans la conversion de l nergie chimique en nergie m canique. Plus pr cis ment, les cellules musculaires utilisent l nergie de l ad nosine triphosphate (ATP) pour g n rer de la force ou effectuer un travail. tant donn que le travail peut prendre de nombreuses formes (telles que la locomotion, le pompage du sang ou le p ristaltisme), plusieurs types de muscles ont volu . Les trois types de muscles de base sont les muscles squelettiques, les muscles cardiaques et les muscles lisses. Le muscle squelettique agit sur le squelette. Dans les membres, par exemple, le muscle squelettique recouvre une articulation, permettant ainsi une action de levier. Le muscle squelettique est sous contr le volontaire (c'est- -dire contr l par le syst me nerveux central) et joue un r le cl dans de nombreuses activit s telles que le maintien de la posture, la locomotion, la parole et la respiration. Lorsqu'on l'observe au microscope, le muscle squelettique pr sente des stries transversales ( intervalles de 2 3 m) qui r sultent de l'arrangement hautement organis des mol cu |
Physiologie de Ganong et Levy | les d'actine et de myosine dans les cellules du muscle squelettique. Ainsi, le muscle squelettique est class parmi les muscles stri s. Le c ur est compos de muscle cardiaque et, bien qu il s agisse galement d un muscle stri , c est un muscle involontaire (c est- -dire contr l par un stimulateur cardiaque intrins que et modul par le syst me nerveux autonome). Le muscle lisse (qui ne pr sente pas les stries videntes dans les muscles squelettiques et cardiaques) est un muscle involontaire que l'on trouve g n ralement dans les organes creux tels que l'intestin et les vaisseaux sanguins. Dans les trois types de muscles, la force est g n r e par l interaction des mol cules d actine et de myosine, un processus qui n cessite une l vation transitoire du [Ca++] intracellulaire. Dans ce chapitre, l'attention est port e sur les m canismes mol culaires sous-jacents la contraction du muscle squelettique. Les m canismes de r gulation de la force de contraction sont galement abord s. Pour mettre ces informations en perspective, il est important d examiner d abord l organisation de base du muscle squelettique. Organisation du muscle squelettique La figure 12.1 illustre les muscles squelettiques couvrant l'articulation du coude. Les muscles sont attach s aux os de chaque c t de l articulation. Le point d'attache le plus proche de la colonne vert brale (proximal) est appel origine, alors que le le point d attache situ du c t loign de l articulation (distal) est appel l insertion. Ces points d'attache se produisent via les tendons (tissu conjonctif) l'extr mit du muscle. Notez que le point d'insertion est proche de l'articulation du coude, ce qui permet une large amplitude de mouvement. Notez galement que l articulation est couverte par un muscle fl chisseur d un c t et un muscle extenseur de l autre c t de l articulation. Ainsi la contraction du muscle fl chisseur (voir le muscle biceps en Fig. 12.1 ) entra ne une diminution de l'angle de l'articulation du coude (rapprochant l'avant-bras de l' paule), tandis que la contraction du muscle extenseur (voir le muscle triceps en Fig. 12.1 ) entra ne le mouvement inverse (extension du bras). La structure de base du muscle squelettique est repr sent e dans Figue. 12.2 . Chaque muscle est compos de nombreuses cellules appel es Fig. 12.1. Le muscle squelettique s'attache au squelette par l'interm diaire de tendons et s' tend g n ralement sur une articulation. Les points d'attache proximaux et distaux du tendon sont appel s respectivement origine et insertion. A noter que l'insertion est proche de l'articulation, ce qui permet une large amplitude de mouvement. Notez galement que les muscles squelettiques s tendent des deux c t s de l articulation, ce qui permet la fois la flexion et l extension de l avant-bras. Figure 12.2. Le muscle squelettique est compos de faisceaux de fibres musculaires ; chacun de ces faisceaux est appel fascicule. Une fibre musculaire repr sente une cellule musculaire individuelle et contient des faisceaux de myofibrilles. Les stries sont dues la disposition des filaments pais et fins. Voir le texte pour plus de d tails. (Redessin de Bloom W, Fawcett DW. A Textbook of Histology. 10e d. Philadelphie : Saunders ; 1975.) fibres musculaires. Une couche de tissu conjonctif appel e endomysium entoure chacune de ces fibres. Les fibres musculaires individuelles sont ensuite regroup es en fascicules entour s d une autre couche de tissu conjonctif appel e p rimysium. Dans le p rimysium se trouvent les vaisseaux sanguins et les nerfs qui alimentent les fibres musculaires individuelles. Les fascicules sont r unis pour former le muscle. La gaine de tissu conjonctif qui entoure le muscle est appel e pimysium. Aux extr mit s du muscle, les couches de tissu conjonctif se r unissent pour former un tendon qui relie le muscle au squelette. La jonction myotendineuse est une r gion sp cialis e du tendon o les extr mit s des fibres musculaires s'interdigisent avec le tendon pour transmettre la force de contraction du muscle au tendon afin d'effectuer le mouvement du squelette (discut plus loin dans cette section). Les couches de tendons et de tissu conjonctif sont compos es principalement de fibres d' lastine et de collag ne. Elles contribuent donc galement la tension passive des muscles et pr viennent les dommages aux fibres musculaires r sultant d'un tirement ou d'une contraction excessifs. Les cellules musculaires squelettiques individuelles sont troites ( 10 80 m de diam tre), mais elles peuvent tre extr mement longues (jusqu' 25 cm de longueur). Chaque fibre musculaire squelettique contient des faisceaux de filaments, appel s myofibrilles, s' tendant le long de l'axe de la cellule. Le motif de stries grossi res de la cellule r sulte d'un motif r p titif dans les myofibrilles. Plus pr cis ment, c est la disposition r guli re des filaments pais et fins au sein de ces myofibrilles, associ e l alignement hautement organ |
Physiologie de Ganong et Levy | is des myofibrilles adjacentes, qui donne l apparence stri e du muscle squelettique. Des stries peuvent tre observ es dans les fibres musculaires intactes et dans les myofibrilles sous-jacentes. 12.3 ). Le sarcom re est d limit par deux lignes sombres appel es lignes Z et repr sente une unit contractile r p titive dans le muscle squelettique. La longueur moyenne d'un sarcom re est de 2 m. De chaque c t de la ligne Z se trouve une bande lumineuse (bande I) qui contient de minces filaments compos s principalement de prot ine actine. La zone situ e entre deux bandes I au sein d'un sarcom re est la bande A, qui contient des filaments pais compos s principalement de prot ine myosine. Les minces filaments d'actine s' tendent de la ligne Z vers le centre du sarcom re et chevauchent une partie des filaments pais. La zone sombre l extr mit de la bande A repr sente cette r gion de chevauchement entre filaments pais et fins. Une zone claire au centre du sarcom re est appel e bande H. Cette zone repr sente la partie de la bande A qui contient des filaments pais de myosine mais pas de minces filaments d'actine. Ainsi, de minces filaments d'actine s' tendent de la ligne Z jusqu'au bord de la bande H et chevauchent une partie du filament pais de la bande A. Une ligne sombre appel e ligne M est vidente au centre du sarcom re et comprend des prot ines qui semblent tre essentielles l'organisation et l'alignement des filaments pais du sarcom re. Fig. 12.3, chaque myofibrille d'une fibre musculaire est entour e d'un r ticulum sarcoplasmique (SR). Le SR est un r seau de membranes intracellulaires qui joue un r le crucial Fig. 12.3. UN, Les myofibrilles sont dispos es en parall le avec une fibre musculaire. B, Chaque fibrille est entour e d'un r ticulum sarcoplasmique (SR). Les citernes terminales des SR sont troitement associ es aux bules Ttu et aux formatriad la jonction des bandes I et A. Les lignes Z d finissent la limite du sarcom re. Les stries sont form es par chevauchement des prot ines contractiles. Trois bandes peuvent tre observ es : l'Aband, l'Iband et la Hband. nMligneestvisibleaumilieudelabandeH.C,Organisationdesprot inesau seind'unsinglearcom re.Lacroix La disposition en coupe des prot ines est galement illustr e. r le dans la r gulation du [Ca++] intracellulaire. Les invaginations du sarcolemme, appel es tubules T, passent dans la fibre musculaire pr s des extr mit s de la bande A (c'est- -dire pr s du SR). Les tubules SR et T sont cependant des syst mes membranaires distincts : le SR est un r seau intracellulaire, tandis que les tubules T sont en contact avec l'espace extracellulaire. Un espace ( 15 nm de largeur) s pare les tubules T du SR. La partie du SR la plus proche des tubules T est appel e citernes terminales et c'est le site de lib ration de Ca++, qui est critique pour la contraction du muscle squelettique (voir la section ). Les parties longitudinales du SR sont en continuit avec les citernes terminales et s' tendent sur toute la longueur du sarcom re. Cette partie du SR contient une haute densit de prot ine de pompe Ca++ (c'est- -dire SERCA : Sarcoplasmic Endoplasmic Reticulum Ca++-ATPase), qui est essentielle la r accumulation de Ca++ dans le SR et donc la relaxation du muscle. Les filaments pais et fins sont tr s organis s dans le sarcom re des myofibrilles (voir 12.3 ). Comme mentionn , les filaments d'actine minces s' tendent de la ligne Z vers le centre du sarcom re, tandis que les filaments pais de myosine sont situ s au centre et chevauchent une partie des filaments d'actine minces oppos s. Les filaments pais et minces sont orient s de telle mani re que dans la r gion de chevauchement au sein du sarcom re, chaque filament pais de myosine est entour d'un r seau hexagonal de minces filaments d'actine. L interaction Ca++-d pendante des filaments pais de myosine et des filaments fins d actine g n re la force de contraction apr s stimulation du muscle (voir la section Interaction Actine-Myosine : Le filament mince est form par agr gation de mol cules d'actine (appel es actine globulaire ou G-actine) en un filament h lico dal deux brins appel actine filamenteuse ou F-actine. La n buline prot ique du cytosquelette allong e s' tend sur toute la longueur du filament mince et peut participer la r gulation de la longueur du filament mince. Les dim res de la prot ine tropomyosine s' tendent sur l'ensemble du filament d'actine et couvrent les sites de liaison de la myosine sur les mol cules d'actine. Chaque dim re de tropomyosine s' tend sur sept mol cules d'actine, avec des dim res de tropomyosine s quentiels dispos s selon une configuration t te-b che. Un complexe de troponine compos de trois sous-unit s (troponine T, troponine I et troponine C) est pr sent sur chaque dim re de tropomyosine et influence la position de la mol cule de tropomyosine sur le filament d'actine et donc la capacit de la tropomyosine inhiber la liaison de la myosine |
Physiologie de Ganong et Levy | au filament d'actine de faibles concentrations de Ca cytosolique (voir la section Interaction Actine-Myosine : Formation Cross-Bridge ). La liaison du Ca++ cytosolique la troponine C favorise le mouvement de la tropomyosine sur le filament d'actine qui expose les sites de liaison de la myosine sur l'actine, facilitant ainsi l'interaction actine-myosine, et donc la contraction. (voir la rubrique Interaction Actine-Myosine : ). Les prot ines suppl mentaires associ es au filament mince comprennent la tropomoduline, l' -actinine et la prot ine CapZ. La tropomoduline est situ e l'extr mit du filament fin, vers le centre du sarcom re, et peut participer la fixation de la longueur du filament fin. Figure 12.4. La force de contraction de la fibre musculaire est transmise la fois longitudinalement au tendon (au niveau de la jonction myotendineuse) et lat ralement au tissu conjonctif extracellulaire adjacent (au niveau des costam res). La force de contraction est transmise de l'extr mit de la fibre musculaire (M) au tendon par des connexions avec de nombreuses fibres de collag ne (A, pointe de fl che). Les plis du sarcolemme l'extr mit de la fibre musculaire (B) entra nent une interdigitation de la fibre musculaire avec le tendon et repr sentent la jonction myotendineuse. Les costam res sont situ s sur les c t s des fibres musculaires et repr sentent les ponts entre les lignes Z des myofibrilles sous-sarcolemmeles et le tissu conjonctif extracellulaire (C). Les costam res facilitent la transmission lat rale de la force de contraction, ce qui contribue stabiliser le sarcolemme. DGC, complexe glycoprot ique associ la dystrophine. (A et B, de Tidball JG. Jonction myotendineuse : changements morphologiques et d faillance m canique associ s l'atrophie des cellules musculaires. Exp Molec Pathol. 1984 ; 40 : 1-12. C, de Hughes D, Wallace M, Baar K. Effets du vieillissement , l'exercice et la maladie sur le transfert de force dans le muscle squelettique. Am J Physiol Endocrin Metab 2015 ; 309 : E1-E10.) La prot ine CapZ et l' -actinine servent ancrer le mince fila de sarcom res travers les muscles et la transmission lat rale de l'esprit vers la ligne Z. force (d crite plus loin dans cette section). Les filaments pais de myosine sont attach s aux lignes Z par la force de contraction qui est transmise la fois par une prot ine cytosquelettique longitudinale appel e titine. La titine est un tr s gros dinal lastique au tendon (via les jonctions myotendineuses) et la prot ine (poids mol culaire, > 3 000 kDa) qui s' tend lat ralement jusqu'au tissu conjonctif adjacent aux fibres musculaires, de la ligne Z jusqu'au centre du sarcom re et semble tre (via costameres). La jonction myotendineuse repr sente un l ment important pour l'organisation et l'alignement de la r gion sp cialis e en fila pais o la fibre musculaire se connecte aux l ments du sarcom re. Certaines formes de dystrophie musculaire tendineuse ( Fig. 12.4A et B). Le repliement du sarcolemme a t attribu des d fauts de la titine (c'est- -dire des titinopathies). la jonction myotendineuse entra ne une interdigitation Le cytosquelette (y compris le filament interm diaire du tendon avec l'extr mit de la fibre musculaire, dont la prot ine desmine) participe l'alignement tr s organis -augmente la zone de contact entre la fibre musculaire et l' tat des sarcom res. La desmine s' tend des lignes Z du tissu conjonctif et r duit ainsi la force exerc e par les sarcom res adjacents sur les complexes prot iques int grines sur une unit de surface l'extr mit de la fibre musculaire. Certaines formes de sarcolemme et participant ainsi l'alignement de la dystrophie musculaire sont associ es une diminution du repliement au niveau de la jonction myotendineuse. Les prot ines impliqu es dans la transmission longitudinale de la force la jonction myotendineuse comprennent les complexes prot iques taline-vinculine-int grine et les complexes dystrophine-glycoprot ine. La jonction myotendineuse contient galement des prot ines du disque Z impliqu es dans la signalisation. La transmission lat rale de la force de contraction implique les costam res, qui relient les lignes Z des sarcom res sous-sarcolemmeaux la matrice extracellulaire via une s rie de prot ines (voir Figure 12.4C ). Ceci est particuli rement important pour les fibres musculaires qui ne s tendent pas sur toute la longueur du muscle. On pense galement que la transmission lat rale de la force stabilise le sarcolemme et le prot ge des dommages lors de la contraction. La jonction myotendineuse et les costam res contiennent galement des signaux de signalisation mol cules. Les dystrophies musculaires constituent un groupe de maladies d g n ratives d origine g n tique. La dystrophie musculaire de Duchenne (d crite par G.B. Duchenne en 1861) est la plus fr quente des dystrophies musculaires et touche 1 gar on sur 3 500 (de 3 5 ans). maladie r cessive li e |
Physiologie de Ganong et Levy | un d faut de la dystrophing ne qui entra ne une d ficience de la prot ine de la dystrophine dans les muscles squelettiques, le cerveau, la r tine et les muscles lisses. La dystrophine est une prot ine de grande taille (427 kDa) pr sente en faible abondance (0,025 %) dans le muscle squelettique. Elle est localis e sur la surface intracellulaire du muscle squelettique. le sarcolemme est associ plusieurs glycoprot ines membranaires int grales (formant un complexe de glycoprot ine adystrophine ; Fig.12.5 ).Cettedystrophine Le complexe glycoprot ique fournit un lien structurel entre le cytosquelette subsarcolemmal de la cellule musculaire et la matrice extracellulaire et semble stabiliser le sarcolemme et ainsi emp cher les blessures induites par la contraction (rupture). Le complexe glycoprot ique peut galement servir de cascades de signalisation cellulaire. L enzyme de synth se de l oxyde nitrique est pr sente dans le complexe dystrophine-glycoprot ine. Bien que des d fauts dans la dystrophine Les complexes glycoprot iques sont impliqu s dans de nombreuses formes de dystrophie musculaire, certaines formes de dystrophie musculaire qui, dans leur implication, ont t identifi es. associ s une atrophie musculaire dans la r gion pelvienne). Des d fauts de la prot ine intitine (titinopathies) ont t impliqu s dans d'autres formes de dystrophie musculaire (par exemple, la dystrophie musculaire des ceintures 2J et la dystrophie musculaire tibiale). (entra nant une perte d'activit prot ase) ont galement t impliqu s dans certains types de dystrophie musculaire (par exemple, la dystrophie musculaire des ceintures 2A), apparemment secondaire l'apoptose. L'organisation du filament pais est illustr e dans Figure 12.6 . La myosine est une grosse prot ine ( 480 kDa) compos e de six polypeptides diff rents avec une paire de grandes cha nes lourdes ( 200 kDa) et deux paires de cha nes l g res ( 20 kDa). Les cha nes lourdes sont enroul es ensemble dans une configuration en h lice pour former un long segment en forme de tige, et les parties N-terminales de chaque cha ne lourde forment une grande t te globulaire. La r gion de la t te s' tend du filament pais vers le filament mince d'actine et constitue la partie de la mol cule qui peut se lier l'actine. La myosine est galement capable d'hydrolyser l'ATP, et l'activit ATPase est galement localis e dans la t te globulaire. Deux paires de cha nes l g res sont associ es la t te globulaire. L une de ces paires de cha nes l g res, appel es cha nes l g res essentielles, est cruciale pour l activit ATPase de la myosine. L autre paire de cha nes l g res, appel es cha nes l g res r gulatrices, peut tre phosphoryl e par la prot ine kinase de cha ne l g re de myosine d pendante de Ca++/calmoduline, ce qui peut influencer l interaction de la myosine avec l actine (voir la section Types de muscles squelettiques ). Ainsi, l activit ATPase de la myosine se produit dans la t te globulaire de la myosine et n cessite la pr sence de cha nes l g res ( savoir les cha nes l g res essentielles ). Les filaments de myosine se forment par une association queue queue de mol cules de myosine, ce qui entra ne un arrangement bipolaire du filament pais. Le filament pais s tend alors de part et d autre de la zone centrale d nud e par une association t te-b che de mol cules de myosine, maintenant ainsi l organisation bipolaire du filament. centr sur la ligne M. Un tel arrangement bipolaire est essentiel pour rapprocher les lignes Z (c est- -dire raccourcir la longueur du sarcom re) pendant la contraction. Les m canismes contr lant cette structure hautement organis e du filament pais de myosine ne sont pas clairs, bien que l'on pense que la prot ine cytosquelettique, la titine, participe la formation d'un chafaudage pour l'organisation et l'alignement du filament pais dans le sarcom re. Des prot ines suppl mentaires trouv es dans les filaments pais (par exemple, la myom sine et la prot ine C) peuvent galement participer l'organisation bipolaire ou l'emballage du filament pais (ou aux deux). Contr le de l'activit musculaire squelettique Le muscle squelettique est contr l par le syst me nerveux central. Plus pr cis ment, chaque muscle squelettique est innerv par un motoneurone . Les corps cellulaires des motoneurones sont situ s dans la corne ventrale de la moelle pini re ( 12.7 ). Les axones moteurs sortent par les racines ventrales et atteignent le muscle par les nerfs p riph riques mixtes. Les nerfs moteurs se ramifient dans le muscle et chaque branche innerve une seule fibre musculaire. La synapse cholinergique sp cialis e qui forme la jonction neuromusculaire et le processus de transmission neuromusculaire qui g n re un potentiel d'action dans la fibre musculaire sont d crits dans Une unit motrice est constitu e du nerf moteur et de toutes les fibres musculaires innerv es par le nerf. L'unit motrice est l'unit contractile fonctionn |
Physiologie de Ganong et Levy | elle car toutes les cellules musculaires d'une unit motrice se contractent de mani re synchrone lorsque le nerf moteur se d clenche. La taille des unit s motrices au sein d un muscle varie en fonction de la fonction du muscle. Figure 12.5. A, Organisation du complexe dystrophine-glycoprot ine dans le muscle squelettique. Le complexe dystrophinglycoprot ique assure un lien structurel entre le cytosquelette de la cellule musculaire et la matrice extracellulaire, ce qui semble stabiliser le sarcolemme et ainsi pr venir les blessures induites par la contraction (rupture). La dystrophie musculaire de Duchenne est associ e une perte de dystrophine. Les nombres dans la dystrophine indiquent des r gions charni res (par exemple, H1, H2) et des domaines r p t s de type spectrine (par exemple 4, 8, 12). ABD, domaine de liaison l'actine ; C, extr mit carboxy ; CC, domaine bobine enroul e ; DBD, domaine de liaison au dystroglycane ; N, extr mit amino ; nNOS , monoxyde d'azote synthase neuronale ; SBS, site de liaison la syntrophine ; SSPN, sarcospane ; Syn, syntrophine. Des micrographies lectroniques d'une vue longitudinale (B) et d'une vue transversale (C) montrent la distribution de la dystrophine dans le muscle squelettique d'un patient normal (CTRL). Une autre vue transversale (D) montre la perte de dystrophine du muscle squelettique chez un patient atteint de dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). (A, de Allen D, Whitehead N, Froehner S. L'absence de dystrophine perturbe la signalisation des muscles squelettiques : r les du Ca2+, des esp ces r actives de l'oxyg ne et de l'oxyde nitrique dans le d veloppement de la dystrophie musculaire. Physiol Rev. 2016 ;96 : 253-305. B, d'Anastasi G, et al. Prot ines costam riques dans le muscle squelettique humain pendant l'inactivit musculaire. 2008;213 :284-295. C et D, de Beekman C, et al. Une m thode d'analyse par immunofluorescence sensible, reproductible et objective de la dystrophine dans des chantillons provenant de patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne 2014 ;9[9. ]:e107494.) L'activation des unit s motrices avec un petit nombre de fibres musculaires cardiaques, en revanche, est d'environ 200 ms. facilite le contr le de la motricit fine. Activation de nombres variables La courte dur e du potentiel d'action des muscles squelettiques des unit s motrices au sein d'un muscle est un moyen par lequel il permet des contractions tr s rapides de la fibre et permet de contr ler la tension d velopp e par un muscle (voir encore un autre m canisme par lequel le force de contraction Recrutement dans la section La modulation de la force de contraction peut tre augment e par r p titivit ). la stimulation du muscle est appel e t tanie (voir la section La jonction neuromusculaire form e par le moteur Modulation de la force de contraction ). Le neurone est appel plaque d'extr mit (voir pour plus de d tails). L'ac tylcholine lib r e par le motoneurone au niveau de la jonction neuromusculaire initie un potentiel d'action dans la fibre musculaire qui se propage rapidement sur toute sa longueur. Lorsqu'un potentiel d'action est transmis le long du sarco La dur e du potentiel d'action dans le muscle squelettique est le lemme de la fibre musculaire puis le long des tubules T, inf rieure 5 ms. La dur e du potentiel d'action dans Ca++ est lib r e des citernes terminales SR dans le T tes globulaires (S-1) avec cha nes l g res Clivage prot olytique Fig. 12.6. Organisation d'un filament pais. Un filament pais est form par la polym risation de mol cules de myosine dans une configuration queue queue s' tendant partir du centre du sarcom re (A). Une mol cule de myosine individuelle poss de une r gion de queue et une r gion de pont crois . La r gion du pont crois est compos e d'un bras et de t tes globulaires (B). Les t tes globulaires contiennent des cha nes l g res qui sont importantes pour le fonctionnement de l'activit ATPase de la myosine. LMM, m romyosine l g re ; S-1 et S-2, sous-fragments de myosine 1 et 2. myoplasme. Cette lib ration provoque une augmentation du [Ca++] intracellulaire, ce qui favorise l'interaction et la contraction actine-myosine. L' volution temporelle de l'augmentation du [Ca++] intracellulaire en relation avec le potentiel d'action et le d veloppement de la force est indiqu e dans Figure 12.8 . Le potentiel d'action est extr mement de courte dur e ( 5 ms). L' l vation du [Ca++] intracellulaire commence l g rement apr s le potentiel d'action et culmine environ 20 ms. Cette augmentation du [Ca++] intracellulaire initie une contraction appel e contraction. Le m canisme sous-jacent l' l vation du [Ca++] intracellulaire implique une interaction entre la prot ine du tubule T et les citernes terminales adjacentes du SR. Comme d crit pr c demment (voir Fig. 12.3 ), le tubule T repr sente une invagination du sarcolemme qui s' tend dans la fibre musculaire et forme une association troite avec deux citernes |
Physiologie de Ganong et Levy | terminales du SR. L association d un tubule T avec deux citernes terminales oppos es est appel e une triade. Bien qu'il existe un espace ( 15 nm de largeur) entre le tubule T et les citernes terminales, les prot ines comblent cet espace. D apr s leur apparence sur les micrographies lectroniques, ces prot ines pontantes sont appel es pieds ( Figure 12.9 ). Ces pieds sont les canaux de lib ration du Ca++ dans la membrane des citernes terminales qui sont responsables de l' l vation du [Ca++] intracellulaire en r ponse au potentiel d'action. Parce que ce canal lie le m dicament ryanodine, il est commun ment appel r cepteur de la ryanodine (RYR). RYR est une grosse prot ine ( 500 kDa) qui existe sous forme d'homot tram re. Seule une petite partie de la mol cule RYR est r ellement int gr e dans la membrane SR. La majeure partie de la mol cule RYR semble se trouver dans le myoplasme et couvre l'espace entre les citernes terminales et le tubule T ( Figure 12.10 Au niveau de la membrane du tubule T, le RYR interagirait avec une prot ine appel e r cepteur de la dihydropyridine (DHPR). DHPR est un canal Ca++ d pendant du potentiel de type L avec cinq sous-unit s. L'une de ces sous-unit s se lie la classe des dihydropyridines de m dicaments bloquant les canaux et semble tre cruciale pour la capacit du potentiel d'action du tubule T induire la lib ration de Ca++ partir du SR. Cependant, l afflux de Ca++ dans la cellule via le DHPR n est pas n cessaire pour l initiation de la lib ration de Ca++ partir du SR. En fait, le muscle squelettique est capable de se contracter en l'absence de Ca++ extracellulaire ou avec un DHPR mut qui ne conduit pas le Ca++. Au lieu de cela, on pense que la lib ration de Ca++ par les citernes terminales du SR r sulte d'un changement de conformation dans le DHPR lorsque le potentiel d'action passe dans le tubule T, et ce changement de conformation dans le DHPR, gr ce une interaction prot ine-prot ine, ouvre le RYR et lib re du Ca++ dans le myoplasme. L'analyse structurelle, y compris l'utilisation de techniques de gel-fracture, fournit la preuve d'une association physique troite entre DHPR et RYR (voir Figure 12.9 ). La DHPR dans la membrane du tubule T semble r sider directement en face des quatre coins du canal RYR homot tram re sous-jacent dans la membrane SR. Des tudes ont montr que la prot ine Stac3 du domaine 3 riche en SH3-cyst ine est galement essentielle au couplage du DHPR au RYR lors du couplage par excitation et contraction dans le muscle squelettique SR. Stac3 n'est pas pr sent dans le muscle cardiaque, qui repose sur l'afflux de Ca++ travers le sarcolemme pour initier la lib ration de Ca++ partir du RYR au lieu du couplage direct du DHPR et du RYR dans le muscle squelettique. Les autres prot ines r sidant proximit du RYR comprennent la cals questrine, la triadine et la junctine (voir 12.10 ). La cals questrine est une prot ine de faible affinit se liant au Ca++ et pr sente dans la lumi re des citernes terminales. Il permet au Ca++ d' tre stock haute concentration et tablit ainsi un gradient de concentration favorable qui facilite l'efflux de Ca++ du SR vers le myoplasme lorsque le RYR s'ouvre. La triadine et la junctine se trouvent dans la membrane des citernes terminales et se lient la fois au RYR et la cals questrine ; ils pourraient ancrer la cals questrine pr s du RYR et ainsi augmenter la capacit tampon du Ca++ sur le site de lib ration du Ca++. La prot ine de liaison au calcium riche en histidine est une autre prot ine de faible affinit se liant au Ca++ dans la lumi re SR, bien qu'elle soit moins abondante que la cals questrine. Il semble se lier la triadine d'une mani re d pendante du Ca++, ce qui soul ve la possibilit qu'il joue un r le plus important que celui de simple tampon Ca++. Il existe galement des preuves de la pr sence d'une entr e de Ca exploit e en magasin (SOCE) dans le muscle squelettique (par exemple, via le complexe Orai/Stim1) pendant la t tanie. L'inhibition de l'afflux de Ca n'a pas affect le couplage excitation-contraction mais a r duit la tension t tanique maximale des taux lev s de stimulation lectrique, ce qui sugg re qu'il pourrait y avoir une certaine extrusion de Ca intracellulaire pendant la t tanie, qui est compens e par l'afflux de Ca pour maintenir la tension t tanique maximale. Figue. 12.7. Le muscle squelettique est un muscle volontaire contr l par le syst me nerveux central, avec des signaux eff rents (c'est- -dire des potentiels d'action) passant travers un motoneurone jusqu'aux fibres musculaires. Chaque motoneurone peut innerver de nombreuses fibres musculaires dans un muscle, bien que chaque fibre musculaire soit innerv e par un seul motoneurone (A). Micrographie lectronique balayage (B) montre l'innervation de plusieurs fibres musculaires par un seul neurone moteur. (B, FromBloomW, FawcettDW:A Textbook of Physiology. 12thed.NewYork:Chapman&Hall;1994.) Diverses |
Physiologie de Ganong et Levy | tudes mutationnelles ont t men es pour v rifier la r gion du DHPR qui est critique pour l ouverture du RYR. Un site d interaction possible (repr sent dans Figure 12.10 )est une boucle h myoplasmique entre les domaines transmembranaires II et III dans la sous-unit 1 de la DHPR. On pense que la r gion de d tection de tension de la DHPR impliqu e dans le mouvement de la charge intramembraneuse r side dans les segments transmembranaires S4 de la sous-unit 1. Des mutations g n tiques dans la RYR ou la DHPR, ou dans les deux, ont t associ es au chemin Ces perturbations incluent l'hyperthermie maligne et la maladie centrale du noyau, comme d crit plus loin. Ces mutations sont g n ralement observ es dans la partie myoplasmique du RYR, bien que des mutations aient galement t observ es dans la boucle myoplasmique du DHPR. Les r sultats des tudes indiquent que la prot ine Stac3i Il est galement important pour le couplage de la DHPR au muscle squelettique RYR de nettoyer cette amulation dans Stac3 qui est pr sente dans un trouble cong nital. La myopathie am rindienne entra ne une alt ration du couplage de la contraction d'excitation dans le muscle squelettique. un. Potentiel d'action potentiel Sarcolemme b. Myoplasmique [Ca++] c. Force de contraction Cals questrine Citernes terminales de SRRYR Interaction actine-myosine DHPR Tubule T Ca++ Ca++ SERCA ATP ADP + Pi 0 8040 120 160 200 Fig. 12.8. UN, La stimulation des fibres musculaires squelettiques initie un potentiel d'action dans le muscle qui descend dans le tubule T et induit la lib ration de Ca ++ partir des citernes terminales du r ticulum sarcoplasmique (SR). La mont e du [Ca++] intracellulaire provoque une contraction. AsCa++ est pomp dans le SR par le r ticulum sarcoplasmique endoplasmiqueCa++- ATPase (SERCA), la relaxation se produit. DHPR, r cepteur de dihydropyridine ; Pi, phosphate inorganique ; RYR, ryanodinerece ptor. B, volution temporelle du potentiel d'action, transitoire myoplasmique Ca++ et force de contraction de contraction. Tubule terminal T RYR DHPR citernes de SR Fig. 12.9. UN, Micrographie lectronique d'une triade illustrant les pieds (fl ches) entre le tubule T et le r ticulum sarcoplasmique (SR), qui sont consid r s comme des r cepteurs th ryanodine (RYR) dans le SR.B, Chaque RYR dans le SR est associ quatre r cepteurs de dihydropyridine (DHPR) dans le Ttubule. (De ProtasiF, etal.RY R1 et RYR3 ont des r les diff rents dans l'assemblage des unit s de lib ration de calcium du muscle squelettique. Biophys J. 2000;79:2494.) La relaxation du muscle squelettique se produit lorsque le Ca++ intracellulaire est res questr par le SR. L'absorption de Ca++ dans le SR est due l'action d'une pompe Ca++ (c'est- -dire, Ca++-ATPase). Cette pompe n est pas propre au muscle squelettique ; on le retrouve dans toutes les cellules en association avec le r ticulum endoplasmique. En cons quence, il s'appelle SERCA, qui signifie ATPase calcique du r ticulum endoplasmique sarcoplasmique. SERCA est la prot ine la plus abondante dans le SR du muscle squelettique et elle est galement distribu e dans les tubules longitudinaux et les citernes terminales. Il transporte deux mol cules de Ca++ dans sa lumi re pour chaque mol cule d'ATP hydrolys e. Ainsi, le transitoire Ca++ observ lors d'une contraction de contraction (voir Fig. 12.8) refl te la lib ration de Ca++ depuis les citernes terminales via le RYR et sa recapture principalement dans la partie longitudinale du SR par SERCA. La sarcalum nine, une prot ine de faible affinit liant le Ca++, est pr sente dans tous les tubules longitudinaux du SR et dans les r gions non jonctionnelles des citernes terminales et serait impliqu e dans le transfert du Ca++ depuis les sites d'absorption du Ca++ dans les tubules longitudinaux vers les sites de lib ration du Ca++. dans les citernes terminales. Les r sultats des tudes sugg rent que la sarcalum nine augmente l'absorption du Ca++ par SERCA, au moins en partie en tamponnant la lumi re. Ca++ pr s de la pompe. Il a t d montr que les micropeptides endog nes phospholamban, sarcolipine et myor guline r gulent l'activit de SERCA en diminuant la sensibilit du Ca l'absorption du Ca ( 12.11 ). Il a t rapport que la phosphorylation du phospholamban d pendante de la prot ine kinase A dans le muscle squelettique contraction lente augmente le transport de Ca dans le SR, de mani re similaire l'effet de la phosphorylation du phospholamban dans le c ur. Le phospholamban et la sarcolipine sont pr sents dans les muscles contraction lente, tandis que la myor guline est pr sente dans les muscles contraction rapide et lente. *Pendant le transport de Ca++, SERCA change deux ions Ca++ contre deux ions H+ (c'est- -dire que H+ est pomp hors du SR). Figue. 12.10. Structure mol culaire et relations entre le r cepteur de la dihydropyridine (DHPR) dans la membrane du tubule T et le r cepteur de la ryanodine (RYR) dans la membrane |
Physiologie de Ganong et Levy | du r ticulum sarcoplasmique (SR). Triadin est une prot ine SR associ e qui peut participer l'interaction de RY Rand et de DHPR. Calsequestrin est une prot ine de liaison au Ca ++ faible affinit qui aide accumuler du Ca ++ dans les citernes terminales.Voir le texte pour plus de d tails.COOH,acide carboxylique.(FromRossiAE,DirksenRT.Sarcoplasmicreticu lum:thedynamiccalciumgovernorofmuscle.Muscle Nerve. 2006;33:715.) mouvement de la mol cule de tropomyosine associ e vers Interaction Actine-Myosine : la fente du filament d'actine. Ce mouvement de la tropo myosine expose les sites de liaison de la myosine sur le filament d'actine. Comme indiqu , la contraction du muscle squelettique n cessite une augmentation et permet un pont crois de se former et ainsi de g n rer du [Ca++] intracellulaire. De plus, le processus de tension de contraction (voir section Cross-Bridge Cycling : Le sarcom re est r gul par le mince filament. Comme le montre 12.12 ). La troponine C poss de quatre sites de liaison Ca++. Deux augmentations de force contractile (c'est- -dire la tension) dans un sigmo de de ces sites ont une forte affinit pour le Ca++, mais se lient galement de mani re ce que le [Ca++] intracellulaire soit lev au-dessus de 0,1 M, Mg++ au repos. Ces sites semblent tre impliqu s dans le contr le, avec une force semi-maximale se produisant moins de 1 M de Ca++. ling et am lioration de l'interaction entre la troponine. Le m canisme par lequel Ca++ favorise cette augmentation des sous-unit s I et de la troponine T. La tension des deux autres sites de liaison est la suivante : le Ca++ lib r par le SR se lie pour avoir une affinit plus faible et se lie au Ca++ mesure que sa concentration augmente en troponine C. Une fois li e au Ca++, la troponine C facilite sa lib ration par le SR. Liaison de la myosine l'actine Fig. 12.11. Identification de trois micropeptides endog nes qui inhibent le r ticulum endoplasmique sarcoplasmique Ca++-ATPase (SERCA ; A) et leur organisation pr dite dans la membrane SR (B). MLN, myor guline ; PLN, phospholamban; SCL, sarcolamban ; SLN, sarcolipine. (Modifi partir d'Anderson DM, et al. Un micropeptide cod par un ARN long non codant putatif r gule la performance musculaire. Cell. 2015;160:595-606.) 0 0,01 0,1 1 10 100 Fig. 12.12. La force contractile du muscle squelettique augmente de mani re d pendante du Ca++ en raison de la liaison du Ca++ la troponine C et du mouvement ult rieur de la tropomyosine loin des sites de liaison de la myosine sur les mol cules d'actine sous-jacentes. Voir le texte pour plus de d tails. (Redessin de Hartshorne DJ. Dans Lapedes DN. ed. Yearbook of Science and Technology. New York : McGraw-Hill ; 1976.) Les filaments semblent provoquer un d placement suppl mentaire de la tropomyosine. Bien qu'une mol cule de tropomyosine donn e s' tende sur sept mol cules d'actine, on met l'hypoth se que la forte liaison de la myosine l'actine entra ne le mouvement d'une mol cule de tropomyosine adjacente, exposant peut- tre les sites de liaison de la myosine sur jusqu' 14 mol cules d'actine. Cette capacit d une mol cule de tropomyosine influencer le mouvement d une autre peut tre une cons quence de la proximit des mol cules de tropomyosine adjacentes. Cyclisme travers les ponts : raccourcissement des sarcom res Une fois la myosine et l'actine li es, les changements conformationnels d pendants de l'ATP dans la mol cule de myosine entra nent un mouvement des filaments d'actine vers le centre du sarcom re. Un tel mouvement raccourcit la longueur du sarcom re et contracte ainsi la fibre musculaire. On pense que le m canisme par lequel la myosine produit de la force et raccourcit le sarcom re implique quatre tapes fondamentales collectivement appel es cycle de pont crois ( tiquet de a d dans 12.13 ). l tat de repos, on pense que la myosine a partiellement hydrolys l ATP ( tat a). Lorsque le Ca++ est lib r des citernes terminales du SR, il se lie la troponine C, ce qui son tour favorise le mouvement de la tropomyosine sur le filament d'actine de telle mani re que les sites de liaison la myosine sur l'actine sont expos s. Cela permet alors aux nergis s Les maladies g n tiques qui provoquent des perturbations de l hom ostasie du Ca++ dans les muscles squelettiques comprennent l hyperthermie maligne, la maladie du noyau central et la maladie de Brody. L hyperthermie maligne est un trait autosomique dominant qui a la vie des cons quences mena antes dans certains cas chirurgicaux. Les anesth siques tels que l'halothaneor ther et les muscles, la xantsuccinylcholine, peuvent produire une lib ration incontr l e de Ca ++ du SR, entra nant ainsi une rigidit musculaire squelettique, une tachycardie, une hyperventilation et une hyperthermie. Cette affection est mortelle si elle n'est pas trait e imm diatement. Il existe actuellement une s rie de tests doux (impliquant des r ponses contractiles d' chantillons de biopsie |
Physiologie de Ganong et Levy | musculaire) pour valuer si un patient pr sente une hyperthermie maligne. environ 1 enfant sur 15 000 et 1 adulte sur 50 000 trait s avec des anesth siques. s'il s'agit d'un d faut dans la SRCa++ canal de lib ration (RYR), qui s'active en pr sence des anesth siques mentionn s ci-dessus, provoque une relative facilit de Ca++ Dans le myoplasme, et prolonge ainsi la contraction musculaire (rigidit ). Le d faut du RY ne se limite pas un seul locus. Dans certains cas, l'hyperthermie maligne a t li e un d faut du DHPR du Ttubule. La maladie centrale est un trait autosomique dominant qui entra ne une faiblesse musculaire, une perte de mitochondries dans les fibres musculaires squelettiques et une certaine d sint gration des filaments contractiles. Elle est souvent troitement associ e une hyperthermie maligne, et les patients atteints de maladie centrale sont donc trait s comme s'ils taient sensibles la tomalignie. L'hypoth se est que les noyaux centraux d pourvus de mitochondries repr sentent des zones de Ca++ intracellulaire lev . On pense que la perte des mitochondries se produit lorsqu'elles absorbent le Ca++ lev , ce qui entra ne une surcharge totomitochondriale de Ca++. La maladie de Brody se caract rise par des crampes musculaires indolores et une relaxation musculaire alt r e pendant l'exercice. Pendant qu'une personne atteinte court l' tage, par exemple, les muscles peuvent se raidir et ne peuvent temporairement pas tre utilis s. Cette relaxation de la t te de myosine se lie l'actine sous-jacente ( tat b). La myosine subit ensuite un changement de conformation appel action de cliquet qui tire le filament d'actine vers le centre du sarcom re ( tat c). La myosine lib re de l'ad nosine diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique pendant la transition vers l' tat c. Reliure de L'ATP pour la myosine diminue l'affinit de la myosine pour l'actine, entra nant ainsi la lib ration de myosine du filament d'actine ( tat d). La myosine hydrolyse alors partiellement l ATP, et une partie de l nergie de l ATP est utilis e pour r armer la t te et revenir l tat de repos. Si le [Ca++] intracellulaire est toujours lev , la myosine subit un autre cycle de ponts crois s et produit une nouvelle contraction du muscle. L'action cliquet du pont crois est capable de d placer le mince filament d'environ 10 nm. Le cycle continue jusqu' ce que le SERCA pompe le Ca++ dans le SR. mesure que [Ca++] chute, Ca++ se dissocie de la troponine C et le complexe troponine-tropomyosine se d place et bloque les sites de liaison de la myosine sur le filament d'actine. Si l approvisionnement en ATP est puis , comme cela se produit avec la mort, le cycle arr te les anomalies observ es dans les muscles des jambes, des bras et des paupi res, et la r ponse est aggrav e par temps froid. La maladie de Brody peut tre autosomique r cessive ou autosomique dominante et peut impliquer des mutations dans jusqu trois g nes ; Cependant, c'est rare (touchant 1 naissance sur 10 000 000). Cela semble r sulter d'une diminution de l'activit de la pompe SERCA1Ca++ pr sente dans les muscles squelettiques contraction rapide (voir la section ". La diminution de l'activit de SERCA1 a t associ e des mutations dans le g ne qui code SERCA1, bien qu'un autre facteur accessoire puisse contribuer la diminution de l'absorption rapide de SRCa ++. contractions musculaires squelettiques des personnes atteintes de la maladie de Brody. La myotonie cong nitale est galement associ e des contractions musculaires prolong es (crampes indolores) apr s des contractions volontaires, en raison de mutations dans le g ne CLCN1, qui code pour le canal 1 d pendant de la tension du chlorure dans le sarcolemme et les tubules T des muscles squelettiques. La fourmi pour la repolarisation et la stabilisation du potentiel membranaire, ainsi que d'autres conductances de chlorure r duites dans les muscles squelettiques des individus atteints de myotonie cong nitale, entra nent une hyperexcitabilit de la fibre musculaire. L' pin phrine (par exemple, lors de situations stressantes) aggrave souvent l' tat, comme le montrent les ch vres myotoniques ( vanouissement ). La raideur musculaire peut tre soulag e par des contractions r p t es (c'est- -dire le ph nom ne d' chauffement), bien que le m canisme sous-jacent la chaleur Le ph nom ne up n est pas connu. Le g ne de la myotonie cong nitale peut tre transmis de mani re autosomique r cessive (comme dans la maladie de Becker, sur un type de myotonie cong nitale) ou de mani re autosomique dominante (comme dans la maladie de Thomsen, l'autre type de myotonie cong nitale). La pr valence de la myotonie cong nitale est d'environ 1 pour 100 000 dans le monde; gher( 1:10 000)dans le nord de la Scandinavie. dans l' tat c avec formation de complexes permanents actine-myosine (c'est- -dire l' tat de rigueur). Dans cet tat, le le muscle est rigide et la condition est appel e rigidit cadav riq |
Physiologie de Ganong et Levy | ue. Comme d j not , la formation des filaments pais implique l'association de mol cules de myosine dans une configuration queue- -queue pour produire une orientation bipolaire (voir 12.6 ). Une telle orientation bipolaire permet la myosine de tirer les filaments d'actine vers le centre du sarcom re pendant le cycle de pont crois . Les mol cules de myosine sont galement orient es selon un r seau h lico dal dans le filament pais de telle mani re que les ponts crois s s' tendent vers chacun des six filaments minces entourant le filament pais (voir Figue. 12.3). Ces projections/ponts crois s de myosine peuvent tre observ s sur les micrographies lectroniques du muscle squelettique et semblent s' tendre perpendiculairement aux filaments pais au repos. l tat contract , les ponts crois s de myosine sont inclin s vers le centre du sarcom re, ce qui est coh rent avec l action de cliquet de la t te de myosine. Le m canisme du cycle de pont crois que nous venons de d crire est appel th orie du filament glissant car le cycle de la myosine s'arr te ici dans le muscle vivant d tendu (en raison des actions des m canismes de r gulation). Temps de tension0 G. 40 S. 90 msec L.R. 7,5 0 0,5 1,0 Fig. 12.13. Cycle traversant les ponts. Dans l' tat d tendu ( tat a), l'ATP est partiellement hydrolys (M ADP Pi). En pr sence d'un Ca++ myoplasmique lev ( tat b), la myosine (M) se lie l'actine (A). L'hydrolyse de l'ATP est termin e ( tat c) et provoque un changement de conformation i nla mol cule de myosine qui tire l'action du filament vers le centre du sarcom re. Une nouvelle mol cule d'ATP se lie la myosine et provoque la lib ration de la croix. pont (indiqu ). L hydrolyse partielle de l ATP nouvellement li r arme le myos dans la t te, qui est maintenant pr te se lier encore et encore. Si le [Ca++] myoplasmique est toujours lev , le cycle se r p te. Si le [Ca++] myoplasmique est lent, il en r sulte une relaxation. Le pont crois tire le filament mince d'actine vers le centre du sarcom re, ce qui entra ne un glissement apparent du filament mince au-del du filament pais. Il existe cependant une incertitude quant au nombre de mol cules de myosine qui contribuent la g n ration de force et l implication des deux t tes de myosine dans une mol cule de myosine donn e. Il a t calcul qu'il peut y avoir 600 t tes de myosine par filament pais, avec une st chiom trie de 1 t te de myosine pour 1,8 mol cules d'actine. En raison de consid rations st riques, il est peu probable que toutes les t tes de myosine puissent interagir avec l'actine, et les calculs sugg rent que m me lors de la g n ration d'une force maximale, seulement 20 40 % des t tes de myosine se lient l'actine. La conversion de l nergie chimique (c est- -dire l ATP) en nergie m canique par le muscle est tr s efficace. Dans les pr parations musculaires isol es, une efficacit m canique maximale ( 65 % d'efficacit ) est obtenue une force sous-maximale de 30 % de tension maximale. Chez les humains effectuant des exercices sur ergom tre en r gime permanent, les efficacit s m caniques varient de 40 % 57 %. Les fibres musculaires squelettiques peuvent tre class es en deux groupes principaux selon la vitesse de contraction : contraction rapide Fig. 12.14. UN, Les muscles varient en termes de vitesse de contraction. G, muscle gastrocn mien de la jambe ; LR, muscle droit lat ral de l' il ; S, muscle sol aire de la jambe. B, la vitesse de raccourcissement est corr l e l'activit de la myosine ATPase. N SOL, muscle sol aire normal (contraction lente); muscle longus extensordigitorum innerv (nerf moteur EDL transect et resutur ); S-SOL, muscle sol aire auto-innerv (nerf moteur sol aire transect et resutur ); muscle SOL innerv (sol aire innerv par le nerf moteur EDL). (A, FromMontcastleV[ed].Medical Physiology. 12thed.St.Louis:Mosby;1974.B, FromB r nyM,CloseRI.J Physiol. 1971;213:455.) et muscle contraction lente fibres. Comme le montre Fig. 12.14A, le droit lat ral de l' il se contracte tr s rapidement en r ponse un potentiel d'action, atteignant une tension maximale en 8 ms, puis se d tend rapidement, ce qui entra ne une courte dur e de contraction. Le muscle sol aire de la jambe, en revanche, a besoin de 90 ms pour atteindre une tension maximale en r ponse un potentiel d'action, puis il se d tend lentement. Le muscle gastrocn mien a besoin d'un temps interm diaire pour atteindre sa tension maximale (40 ms) en raison de la pr sence de fibres musculaires contraction rapide et lente dans ce muscle. La diff rence de vitesse de contraction entre les muscles contraction rapide et ceux contraction lente est corr l e l activit ATPase de la myosine (voir Fig. 12.14B ), qui refl te son tour le type de myosine pr sent dans la fibre musculaire (Fig. 12.15 Tableau 12.1 ). Ainsi, les fibres musculaires contraction rapide contiennent des isoformes de myosine qui hydrolysent rapidement l'ATP, tandis que les fibres |
Physiologie de Ganong et Levy | musculaires contraction lente contiennent des isoformes de myosine qui hydrolysent l'ATP. Expression du CMH : Type I Expression du CMH : Expression du CMH : Fonction : antigravit , IIa, IIx IIb, mise en charge IIx, et Fonction : soutenue Fonction : rafale Fig. 12h15. Comparaison de trois ph notypes d'unit s motrices de base dans les muscles squelettiques des extr mit s et du tronc. CMH, myosine dans les h morragies lourdes. 2013;4:284.) *Les fibres musculaires squelettiques glycolytiques rapides humaines expriment g n ralement la myosinisoenzyme de type IIx au lieu de la myosinisoenzyme de type II. En revanche, les rongeurs expriment un type de myosinisoenzyme lente. fibres musculaires de contraction (type I) et trois types de je ne fibres musculaires de contraction (exprimant des myosinisoenzymes de type IIa, de type IIx ou de type II); les fibres musculaires de type IIx expriment des propri t s m taboliques interm diaires entre celles des fibres musculaires de type IIa et de type IIb. Elles peuvent tre coexprim es avec l'amyosinisoenzyme de type II dans les fibres musculaires oxydation rapide . Dans le texte, la d signation simple fibre de type II fait r f rence aux fibres musculaires glycolytiques rapides. lentement. Ces deux types d'isoformes de myosine ont la m me structure de base d crite pr c demment, avec deux cha nes lourdes et deux paires de cha nes l g res, bien qu'elles diff rent par leur composition en acides amin s. Il est tr s difficile de convertir une fibre musculaire contraction lente en une fibre contraction rapide, bien que cela puisse tre r alis par innervation crois e, qui implique l'interconnexion chirurgicale de deux motoneurones. Comme le montre Fig. 12.14B, lorsque le muscle sol aire et le muscle long extenseur des orteils ont subi une innervation crois e, de sorte que la contraction du muscle sol aire tait contr l e par le motoneurone extenseur des orteils (et vice versa), la vitesse de contraction et l'activit ATPase de la myosine. du muscle sol aire a augment ( tiquet X-SOL dans Fig. 12.14), alors que le long extenseur des orteils pr sentait une diminution de la vitesse de raccourcissement et de l'activit ATPase de la myosine (marqu e X-EDL). Ainsi, l innervation motrice de la fibre musculaire joue un r le important dans la d termination du type d isoforme de myosine exprim dans la fibre musculaire. Une tude plus approfondie a montr que la concentration intracellulaire de Ca dans le muscle (secondaire aux diff rences dans le mod le d'activit du motoneurone) tait un d terminant important pour savoir si la fibre musculaire exprimait l'isoforme lente de la myosine ou l'isoforme rapide de la myosine (voir la section Les isoformes de myosine exprim es dans le muscle squelettique peuvent tre distingu es sur la base de la composition des cha nes lourdes de myosine (voir Figure 12.15 Tableau 12.1 ). Les fibres musculaires contraction lente expriment la cha ne lourde de myosine de type I, tandis que les fibres musculaires squelettiques contraction rapide peuvent contenir des cha nes lourdes de myosine de type IIa, de type IIx ou de type IIb. Certaines fibres musculaires contraction rapide peuvent contenir un m lange d isoformes de myosine de type II. Les muscles squelettiques contraction lente se caract risent galement par une capacit oxydative lev e (voir Tableau 12.1), qui, en combinaison avec la faible activit ATPase de la myosine, contribuent la r sistance la fatigue des fibres musculaires contraction lente. La capacit oxydative des fibres musculaires contraction rapide va de relativement lev e (dans les fibres musculaires exprimant la cha ne lourde de myosine de type IIa) faible (dans les fibres musculaires exprimant les cha nes lourdes de myosine de type IIb). La faible capacit oxydative des fibres musculaires rapides de type IIb, associ e l activit lev e de la myosine ATPase, augmente la susceptibilit de ces fibres musculaires la fatigue. Cependant, les humains expriment rarement la cha ne lourde de myosine de type IIb. Les myosines de type IIb sont exprim es chez les petits animaux tels que le lapin et le rat. Les unit s motrices sont g n ralement compos es d un seul type de fibre musculaire ( Tableau 12.2 Fig. 12.15), sauf si les fibres musculaires subissent une transition. Les conditions qui peuvent d clencher une modification du type de myosine exprim dans une fibre musculaire au sein d'une unit motrice comprennent des conditions chroniques telles que la microgravit (en vol spatial), la d nervation et la d charge chronique, qui sont associ es une atrophie s v re et favorisent la transition progressive de de l'expression de la myosine musculaire lente (type I) dans la fibre l'expression de la myosine musculaire rapide (types IIa et IIx). Une fonction importante des unit s motrices lentes est le maintien de la posture (voir 12.15 ). La faible activit ATPase de la myosine dans les unit s motr |
Physiologie de Ganong et Levy | ices lentes, coupl e leur forte capacit oxydative, facilite la capacit de ces unit s motrices lentes maintenir une posture faible co t nerg tique et ainsi r sister la fatigue. Le plus petit diam tre des fibres musculaires lentes et la densit capillaire plus lev e dans les muscles lents aident galement les muscles lents r sister la fatigue. Les muscles rapides, en revanche, sont recrut s pour des activit s qui n cessitent des mouvements plus rapides, plus de force, ou les deux (voir Fig. 12h15). L halt rophilie, par exemple, peut n cessiter beaucoup de puissance sur une courte dur e. Afin de r pondre aux demandes de force accrue, des unit s motrices suppl mentaires sont recrut es. En comparaison avec les unit s motrices lentes, les unit s motrices rapides contiennent g n ralement plus de fibres musculaires (voir Tableau 12.2 ). Les fibres musculaires rapides ont galement un diam tre plus grand que les fibres musculaires lentes. Ainsi, le recrutement d unit s motrices rapides peut aider r pondre aux demandes croissantes des activit s intenses telles que l halt rophilie. L'activit lev e de la myosine ATPase dans les fibres musculaires rapides et l'augmentation de la distance de diffusion (r sultant du grand diam tre des fibres musculaires rapides) augmentent cependant la susceptibilit des fibres musculaires rapides la fatigue. Les diff rences suppl mentaires entre les muscles rapides et lents sont les suivantes : 1. Le motoneurone des muscles lents est plus facilement excit que celui des muscles rapides, c'est pourquoi les muscles lents sont g n ralement recrut s en premier. Comme indiqu pr c demment, la capacit oxydative lev e des muscles lents, associ e la faible activit ATPase de la myosine, contribue r duire la susceptibilit la fatigue des muscles lents. 2. La jonction neuromusculaire du muscle rapide diff re de celle du muscle lent en termes de contenu des v sicules d'ac tylcholine, de quantit d'ac tylcholine lib r e, de densit des r cepteurs nicotiniques de l'ac tylcholine, d'activit de l'ac tylcholine est rase et de densit des canaux Na, qui conf rent tous au muscle rapide un facteur de s curit plus lev pour l'initiation d'un potentiel d'action. Cependant, lors d'une stimulation r p titive, le facteur de s curit dans les muscles rapides diminue rapidement (plus vite que celui observ dans les muscles lents). 3. Le SR est plus d velopp dans les muscles rapides que dans les muscles lents, avec des niveaux plus lev s de RYR, SERCA, Ca luminal et un rapport DHPR/RYR plus lev , qui favorisent tous le d veloppement d'un Ca intracellulaire plus important et plus rapide dans le muscle rapide. , ce qui est important pour une contraction rapide et puissante. En plus des diff rences entre les fibres rapides et lentes que nous venons de mentionner, d autres prot ines musculaires sont galement exprim es d une mani re sp cifique au type de fibre. Ces prot ines comprennent les trois sous-unit s de troponine, la tropomyosine et la prot ine C. L'expression diff rentielle des isoformes de troponine et de tropomyosine influence la d pendance de la contraction vis- -vis du Ca++. Les fibres lentes commencent d velopper une tension un [Ca++] inf rieur celui des fibres rapides. Cette diff rence de sensibilit au Ca++ est li e en partie au fait que l'isoforme de la troponine C dans les fibres lentes n'a qu'un seul site de liaison au Ca++ de faible affinit , alors que la troponine C des fibres rapides poss de deux sites de liaison de faible affinit . Les changements dans la d pendance de la contraction vis- -vis du Ca++ ne se limitent cependant pas aux diff rences dans les isoformes de la troponine C. Des diff rences dans les isoformes de la troponine T et de la tropomyosine sont galement trouv es. Ainsi, la r gulation de la d pendance de la contraction vis- -vis du Ca++ est complexe et implique la contribution de plusieurs prot ines sur le filament mince. La phosphorylation de la cha ne l g re r gulatrice de la myosine par la cha ne l g re de la myosine kinase d pendante du Ca++/calmoduline peut cependant augmenter la sensibilit de la contraction au Ca++, en particulier dans les fibres musculaires rapides (en partie cause de l'activit plus lev e signal e de la cha ne l g re de la myosine kinase dans les fibres musculaires rapides). ). Figue. 12.16. L'augmentation de la fr quence de stimulation lectrique des muscles squelettiques entra ne une augmentation de la force de contraction. Ceci est attribuable la prolongation du transitoire intracellulaire de Ca ++ et de la t t tanie intracellulaire. Une t tanie incompl te r sulte de l'initiation d'un autre transitoire intracellulaire de Ca++ avant que le muscle ne soit compl tement d tendu. Modulation de la force de contraction Un moyen simple d augmenter la force de contraction d un muscle consiste recruter davantage de fibres musculaires. tant donn que toutes les fibres musculaires d une unit m |
Physiologie de Ganong et Levy | otrice sont activ es simultan ment, un muscle recrute davantage de fibres musculaires en recrutant davantage d unit s motrices. Comme d j indiqu , les fibres musculaires peuvent tre class es comme contraction rapide ou contraction lente. Le type de fibre est d termin par son innervation. tant donn que toutes les fibres d une unit motrice sont innerv es par un seul motoneurone , toutes les fibres d une unit motrice sont du m me type. Les unit s motrices contraction lente ont tendance tre petites (100 500 fibres musculaires) et sont innerv es par un motoneurone qui est facilement excit (voir Tableau 12.2 ). En revanche, les unit s motrices contraction rapide ont tendance tre volumineuses (contenant 1 000 2 000 fibres musculaires) et sont innerv es par des motoneurones qui sont plus difficiles exciter. Ainsi, les unit s motrices contraction lente ont tendance tre recrut es en premier. Comme de plus en plus de force est n cessaire, des unit s motrices contraction rapide sont recrut es. L avantage d une telle strat gie de recrutement est que les premi res fibres musculaires recrut es sont celles qui pr sentent une forte r sistance la fatigue. De plus, la petite taille des unit s motrices contraction lente permet un contr le moteur pr cis de faibles niveaux de force. Le processus d'augmentation de la force de contraction en recrutant des unit s motrices suppl mentaires est appel sommation spatiale car les forces des fibres musculaires sont additionn es dans une zone plus grande du muscle. Cela contraste avec la sommation temporelle, dont nous parlerons plus loin. Les potentiels d'action dans les muscles squelettiques sont assez uniformes et conduisent la lib ration d'une impulsion reproductible de Ca++ partir du SR ( 12.16 ). Un seul potentiel d'action lib re suffisamment de Ca++ pour provoquer une contraction. Cependant, la dur e de cette contraction est tr s courte car le Ca++ est tr s rapidement r inject dans le SR. Si le muscle est stimul une seconde fois avant d' tre compl tement d tendu, la force de contraction augmente (voir Fig. 12.16 , milieu). Ainsi, les forces de contraction sont amplifi es mesure que la fr quence du stimulus augmente. un niveau de stimulation lev , le [Ca++] intracellulaire augmente et se maintient tout au long de la p riode de stimulation (voir Fig. 12.16, droite), et la quantit de force d velopp e d passe largement celle observ e lors d'une contraction. La r ponse est appel e t tanie. une fr quence de stimulus interm diaire, le [Ca++] intracellulaire revient la valeur de base juste avant le stimulus suivant. Cependant, on observe une mont e en puissance progressive (voir Fig. 12.16 , milieu). Ce ph nom ne est appel t tanie incompl te. Dans les deux cas, on dit que l augmentation de la fr quence de stimulation produit une fusion des contractions. La faible g n ration de force lors d'une contraction, en comparaison avec celle provoqu e par la t tanie, peut tre due la pr sence d'un composant lastique en s rie dans le muscle. Plus pr cis ment, lorsque le muscle est l g rement tir peu de temps apr s le d but du potentiel d action, le muscle g n re une force de contraction qui se rapproche de la force t tanique maximale. Ce r sultat, coupl l'observation selon laquelle la taille du transitoire intracellulaire de Ca++ lors d'une contraction est comparable celle lors d'une contraction t tanie, sugg re qu'une quantit suffisante de Ca++ est lib r e dans le myoplasme lors d'une contraction pour permettre aux interactions actine-myosine de produire une tension maximale. Cependant, la dur e du transitoire intracellulaire de Ca++ lors d'une contraction est suffisamment courte pour que les l ments contractiles n'aient pas assez de temps pour tirer compl tement les composants lastiques en s rie de la fibre et du muscle. En cons quence, la tension mesur e est sous-maximale. Une augmentation de la dur e du transitoire intracellulaire Ca++, comme cela se produit avec la t tanie, donne au muscle suffisamment de temps pour tirer compl tement le composant lastique en s rie et entra ne ainsi l'expression de la pleine force contractile des interactions actine-myosine (c'est- -dire, tension maximale ). Un tirement partiel de la composante lastique en s rie (comme on pouvait s'y attendre lors d'une seule contraction), suivi de Fig. 12.17. Les muscles contraction lente pr sentent une t tanie une fr quence de stimulation inf rieure celle des muscles contraction rapide. A, Unit moteur contraction rapide dans le muscle gastrocn mien. B, Unit moteur contraction lente dans le muscle gastrocn mien. C, Unit musculaire contraction lente dans le muscle sol aire. Les unit s motrices ont t stimul es aux fr quences indiqu es gauche. La barre d' talonnage pour la tension (grammes) g n r e pendant la concentration est indiqu e par les parenth ses verticales. sous les courbes. Notez la grande force g n r e pa |
Physiologie de Ganong et Levy | r l'unit motrice contraction rapide (A). (From Montcastle V[ed]. Medical Physiology. 12thed. St. Louis: Mosby: 1974.) par restimulation du muscle avant une relaxation compl te, cependant, on s'attendrait ce qu'elle produise un niveau de tension interm diaire , semblable celui observ avec une t tanie incompl te. L'emplacement du composant lastique en s rie dans le muscle squelettique n'est pas connu. Une source potentielle est la mol cule de myosine elle-m me. De plus, il est probable qu il existe d autres sources de composants lastiques en s rie, telles que le tissu conjonctif et la titine. La fr quence du stimulus n cessaire pour produire la t tanie d pend du fait que l'unit motrice soit constitu e de fibres lentes ou rapides ( 12.17 ). Les fibres lentes peuvent tre t tanis es des fr quences plus basses que les fibres rapides. La capacit des muscles contraction lente se t taniser des fr quences de stimulation plus basses refl te, au moins en partie, la dur e plus longue de contraction observ e dans les fibres lentes. Comme l illustre galement Fig. 12.17, les fibres rapides d veloppent une force maximale plus grande que les fibres lentes car les fibres rapides ont un diam tre plus grand que les fibres lentes et il y a plus de fibres dans les unit s motrices rapides que dans les unit s motrices lentes. Modulation de force par arcs r flexes Les muscles squelettiques contiennent des fibres sensorielles (fuseaux musculaires ; galement appel es fibres intrafusales) qui sont parall les aux fibres musculaires squelettiques. Les fuseaux musculaires valuent le degr d tirement du muscle, ainsi que la vitesse de contraction. Dans le r flexe d' tirement, un tirement rapide du muscle (par exemple, en tapotant le tendon) allonge les fuseaux du muscle et entra ne une fr quence accrue des potentiels d'action dans les neurones sensoriels aff rents du fuseau. Ces fibres aff rentes excitent leur tour les motoneurones de la moelle pini re qui innervent le muscle tir . Le r sultat est que l arc r flexe est une contraction du muscle induite par un tirement qui ne n cessite pas d intervention des centres lev s du cerveau. mesure que le muscle se raccourcit, une production eff rente est galement envoy e au fuseau, qui limine ainsi le jeu du fuseau et garantit sa capacit r pondre l' tirement toutes les longueurs musculaires. Par leur action, les fuseaux musculaires fournissent une r troaction au muscle en termes de longueur et aident ainsi maintenir une articulation selon un angle donn . Les organes tendineux de Golgi sont situ s dans les tendons des muscles et fournissent des informations sur la contraction du muscle. Le composant principal de l'organe tendineux est un fascicule allong de faisceaux de collag ne qui est en s rie avec les fibres musculaires et peut r pondre aux contractions de fibres musculaires individuelles. Un organe tendineux donn peut s'attacher plusieurs fibres musculaires contraction rapide ou lente (ou aux deux) et envoie des impulsions travers les fibres nerveuses aff rentes de type Ib en r ponse la contraction musculaire. Les impulsions aff rentes de type Ib p n trent dans la moelle pini re, ce qui peut favoriser l'inhibition des motoneurones vers les muscles contractants (et synergiques) tout en favorisant l'excitation des motoneurones vers les muscles antagonistes. Les actions inhibitrices sont m di es par les interneurones de la moelle qui lib rent un metteur inhibiteur vers le motoneurone et cr ent un potentiel post-synaptique inhibiteur. Les impulsions aff rentes de type Ib sont galement envoy es vers les centres sup rieurs du cerveau (y compris le cortex moteur et le cervelet). On suppose que la r troaction des organes tendineux en r ponse la contraction musculaire pourrait faciliter la progression de la contraction musculaire en limitant le recrutement d'unit s motrices suppl mentaires. Il est int ressant de noter que la r ponse de l organe tendineux n est pas li e de mani re lin aire la force ; au contraire, elle diminue des niveaux de force plus lev s, ce qui peut faciliter le recrutement d'unit s motrices des niveaux d'effort plus lev s. Le syst me squelettique soutient le corps dans une posture droite en d pensant relativement peu d nergie. N anmoins, m me au repos, les muscles pr sentent normalement un certain niveau d activit contractile. Les muscles isol s (c'est- -dire d nerv s) non stimul s sont dans un tat d tendu et sont dits flasques. Cependant, les muscles d tendus du corps sont relativement fermes. Cette fermet , ou tonus, est caus e par de faibles niveaux d activit contractile dans certaines unit s motrices et est entra n e par des arcs r flexes provenant des fuseaux musculaires. L'interruption de l'arc r flexe par section des fibres sensorielles aff rentes abolit ce tonus musculaire au repos. Le tonus des muscles squelettiques est distinct du tonus des muscles lisses (voir Les cellules musculai |
Physiologie de Ganong et Levy | res convertissent l' nergie chimique en nergie m canique. L'ATP est la source d' nergie utilis e pour cette conversion. Le pool d ATP dans le muscle squelettique est petit et capable de supporter seulement quelques contractions s il n est pas reconstitu . Cependant, ce pool est continuellement reconstitu pendant la contraction, comme d crit plus loin, de sorte que m me lorsque le muscle se fatigue, les r serves d'ATP ne diminuent que l g rement. Les cellules musculaires contiennent de la cr atine phosphate, qui est utilis e pour convertir l'ADP en ATP et ainsi reconstituer les r serves d'ATP pendant la contraction musculaire. La r serve de cr atine phosphate repr sente la source imm diate d nergie lev e pour reconstituer l apport d ATP dans les muscles squelettiques, en particulier lors d un exercice intense. L'enzyme cr atine phosphokinase catalyse la r action : Bien qu'une grande partie de la cr atine phosphokinase soit pr sente dans le myoplasme, une petite quantit se trouve dans le filament pais (pr s de la ligne M). La cr atine phosphokinase pr sente dans le filament pais peut participer la resynth se rapide de l'ATP pr s des t tes de myosine lors de la contraction musculaire. Cependant, la r serve de phosphate cr e n est qu environ cinq fois la taille de la r serve d ATP et ne peut donc pas supporter des p riodes prolong es de contraction (moins d une minute d activit musculaire maximale). La fatigue des muscles squelettiques lors d'un exercice intense est associ e l' puisement des r serves de cr atine phosphate, bien que, comme d crit ult rieurement, cela n'implique pas n cessairement que la fatigue est caus e par l' puisement des r serves de cr atine phosphate. tant donn que la r action catalys e par la cr atine phosphokinase est r versible, la cellule musculaire reconstitue le pool de cr atine phosphate pendant la r cup ration de la fatigue en utilisant l'ATP synth tis par phosphorylation oxydative. Les cellules musculaires contiennent du glycog ne, qui peut tre m tabolis pendant la contraction musculaire pour fournir du glucose pour la phosphorylation oxydative et la glycolyse, qui g n rent toutes deux de l'ATP pour reconstituer les r serves d'ATP. Les cellules musculaires peuvent galement absorber le glucose du sang, un processus stimul par l'insuline (voir Chapitre 39). L'enzyme cytosolique phosphorylase lib re des r sidus de glucose 1-phosphate du glycog ne, qui sont ensuite m tabolis s par une combinaison de glycolyse (dans le cytosol) et de phosphorylation oxydative (dans les mitochondries) pour produire l' quivalent de 37 moles d'ATP par mole de glucose 1. -phosphate. La glyc mie produit 36 moles d'ATP par mole de glucose car 1 ATP est utilis pour phosphoryler le glucose au d but de la glycolyse. Ces rendements en ATP d pendent cependant d un apport ad quat en oxyg ne. En revanche, dans des conditions ana robies, le m tabolisme du glycog ne et du glucose ne produit respectivement que 3 et 2 moles d'ATP par mole de glucose 1-phosphate et de glucose (avec 2 moles de lactate). Comme nous le verrons plus loin, la fatigue musculaire lors d un exercice prolong est associ e l puisement des r serves de glycog ne dans le muscle. Les acides gras repr sentent une source d nergie importante pour les cellules musculaires lors d un exercice prolong . Les cellules musculaires contiennent des acides gras mais peuvent galement absorber les acides gras du sang. De plus, les cellules musculaires peuvent stocker des triglyc rides, qui peuvent tre hydrolys s si n cessaire pour produire des acides gras. Les acides gras sont soumis une oxydation au sein des mitochondries. Cependant, pour que les acides gras p n trent dans les mitochondries, ils sont convertis en acylcarnitine dans le cytosol, puis transport s dans les mitochondries, o ils sont convertis en acylcoenzyme A (CoA). Dans les mitochondries, l'acyl CoA est soumise la -oxydation et produit de l'ac tyl CoA, qui entre ensuite dans le cycle de l'acide citrique et produit finalement de l'ATP. Si les besoins nerg tiques de l exercice ne peuvent tre satisfaits par la phosphorylation oxydative, une dette d oxyg ne appara t. Une fois l exercice termin , la respiration reste au-dessus du niveau de repos afin de rembourser cette dette en oxyg ne. La consommation suppl mentaire d'oxyg ne au cours de cette phase de r cup ration est utilis e pour restaurer les niveaux de m tabolites (tels que la cr atine phosphate et l'ATP) et pour m taboliser le lactate g n r par la glycolyse. L augmentation du travail cardiaque et respiratoire pendant la r cup ration contribue galement l augmentation de la consommation d oxyg ne observ e ce moment-l et explique pourquoi il faut rembourser plus d oxyg ne que ce qui a t emprunt . Une certaine dette en oxyg ne se produit m me avec de faibles niveaux d'exercice, car les unit s motrices oxydatives lentes consomment une quantit consid rable d'ATP, d riv du phosphate de cr a |
Physiologie de Ganong et Levy | tine ou de la glycolyse, avant que le m tabolisme oxydatif puisse augmenter la production d'ATP pour r pondre aux besoins l' tat d' quilibre. La dette en oxyg ne est beaucoup plus importante lors d'un exercice intense, lorsque des unit s motrices glycolytiques rapides sont utilis es (Fig. 12.18). La dette en oxyg ne est approximativement gale l' nergie consomm e pendant l'exercice moins celle fournie par le m tabolisme oxydatif (c'est- -dire les zones sombres et claires de l'organisme). 12.18 sont approximativement gaux). Comme indiqu pr c demment, l oxyg ne suppl mentaire utilis pendant la r cup ration apr s un exercice repr sente les besoins nerg tiques n cessaires au r tablissement des niveaux normaux de m tabolites cellulaires. La capacit du muscle r pondre aux besoins nerg tiques est un d terminant majeur de la dur e de l exercice. Cependant, la fatigue n est pas le r sultat d un puisement des r serves d nergie. Au contraire, les sous-produits m taboliques semblent tre des facteurs importants dans l apparition de la fatigue. La fatigue peut potentiellement survenir n'importe quel point impliqu dans la contraction musculaire, du cerveau aux cellules musculaires, ainsi que dans les syst mes cardiovasculaire et respiratoire qui maintiennent les r serves d' nergie (c'est- -dire les acides gras et le glucose) et l'apport d'oxyg ne au muscle en exercice. . Plusieurs facteurs ont t impliqu s dans la fatigue musculaire. Pendant de br ves p riodes de t tanie, l apport d oxyg ne au muscle est suffisant tant que la circulation est intacte. Cependant, la force/stress g n r pendant ces br ves Taux de d pense nerg tique Fig. 12.18. Une dette d'oxyg ne est contract e par l'exercice musculaire lorsque le taux de d pense nerg tique d passe le taux de production d' nergie par m tabolisme oxydatif. Panneau sup rieur, D penses nerg tiques pendant un exercice intense. Panneau inf rieur, D pense nerg tique pendant un exercice d endurance. Voir le texte pour plus de d tails. les p riodes t taniques diminuent rapidement jusqu' un niveau qui peut tre maintenu pendant de longues p riodes ( 12.19 ). Cette d gradation repr sente la d faillance rapide et presque totale des unit s motrices rapides. La diminution de la force/du stress s'accompagne d'un puisement des r serves de glycog ne et de cr atine phosphate et d'une accumulation d'acide lactique. Il est important que la diminution de la force/du stress se produise lorsque le pool d'ATP n'est pas fortement r duit, de sorte que les fibres musculaires ne deviennent pas rigides. En revanche, les unit s motrices lentes sont capables de r pondre aux demandes nerg tiques des fibres dans ces conditions et ne pr sentent pas de fatigue significative, m me apr s plusieurs heures. videmment, certains facteurs associ s au m tabolisme nerg tique peuvent inhiber la contraction (par exemple dans les fibres rapides), mais ce facteur n'a pas t clairement identifi . Lors d'un exercice intense, l'accumulation de phosphate inorganique (Pi) et d'acide lactique dans le myoplasme est responsable de la fatigue musculaire. L'accumulation d'acide lactique, jusqu' des niveaux aussi lev s que 15 26 mmol/L, diminue le pH myoplasmique (de 7 6,2) et inhibe les interactions actine-myosine. Cette diminution du pH r duit la sensibilit de l'interaction actine-myosine au Ca++ en alt rant la liaison du Ca++ la troponine C et en diminuant le nombre maximum d'interactions actine-myosine. Pi a galement t impliqu comme un facteur important dans le d veloppement de la fatigue lors d'un exercice intense, dans la mesure o les concentrations de phosphate peuvent augmenter d'environ 2 mmol/L au repos pr s de 40 mmol/L dans les muscles qui travaillent. Une telle l vation de [Pi] peut r duire la tension par au moins les trois m canismes diff rents suivants : Fig. 12.19. Une s rie de br ves stimulations t taniques des muscles squelettiques entra ne une diminution rapide de la force (stress t tanique, illustr par la ligne muscle entier dans l'intrigue) attribuable la fatigue rapide. contraction des unit s motrices (type II) dans le muscle. Dans ces conditions, cependant, lent Les unit s motrices de contraction (type I) sont r sistantes la fatigue.3 2 1 0 10 2 3 4 5 10 20 30 Minutes Stress t tanique (kg/cm2 ) Unit s motrices de type 1 Muscle entier Unit s motrices de type II (1) inhibition de la lib ration de Ca++ par le SR, (2) diminution de la sensibilit de la contraction au Ca++ et (3) alt ration de la liaison actine-myosine. Un certain nombre d'autres facteurs, notamment la d pl tion en glycog ne d'un compartiment sp cialis , une augmentation localis e de l'[ADP], une l vation extracellulaire de [K+] et la g n ration de radicaux libres d'oxyg ne, ont galement t impliqu s dans diverses formes de fatigue musculaire induite par l'exercice. Enfin, le syst me nerveux central contribue la fatigue, notamment dans la fa on dont la fatigue est per ue |
Physiologie de Ganong et Levy | par l'individu. Que le muscle soit fatigu la suite d'un exercice de haute intensit ou d'un exercice prolong , le niveau d'ATP myoplasmique ne diminue pas de mani re significative. tant donn que toutes les cellules d pendent de la disponibilit de l'ATP pour maintenir leur viabilit , la fatigue a t d crite comme un m canisme de protection permettant de minimiser le risque de l sion ou de mort des cellules musculaires. Par cons quent, il est probable que les cellules musculaires squelettiques aient d velopp des syst mes redondants pour garantir que les niveaux d ATP ne chutent pas des niveaux dangereusement bas et ne mettent donc pas en danger la viabilit de la cellule. La plupart des personnes se fatiguent et cessent de faire de l'exercice bien avant que l'unit motrice ne se fatigue. La fatigue physique g n rale peut tre d finie comme un trouble hom ostatique produit par le travail. La cause de l inconfort per u (ou m me de la douleur) implique probablement de nombreux facteurs. Ces facteurs peuvent inclure une diminution des taux de glucose plasmatique et une accumulation de m tabolites. Le fonctionnement du syst me moteur du syst me nerveux central n est pas alt r . Les athl tes tr s motiv s et entra n s peuvent r sister l inconfort de la fatigue et peuvent faire de l exercice au point de provoquer une certaine fatigue de l unit motrice. Une partie de l am lioration des performances observ e apr s l entra nement implique des facteurs de motivation. Les fibres musculaires squelettiques se diff rencient avant d tre innerv es et certaines jonctions neuromusculaires se forment bien apr s la naissance. Avant l innervation, les fibres musculaires ressemblent physiologiquement des cellules lentes (type I). Les r cepteurs de l'ac tylcholine sont r partis dans tout le sarcolemme de ces cellules non innerv es et sont supersensibles ce neurotransmetteur. Une plaque terminale se forme lorsque la premi re terminaison nerveuse en croissance tablit un contact avec une cellule musculaire. La cellule ne forme plus d'association avec les nerfs et les r cepteurs de l'ac tylcholine se concentrent dans les membranes des plaques terminales. Les cellules innerv es par un petit motoneurone forment des unit s motrices oxydatives lentes (type I). Les fibres innerv es par les gros nerfs moteurs d veloppent toutes les caract ristiques des unit s motrices rapides (type II). L'innervation produit des changements cellulaires majeurs, notamment la synth se des isoformes rapides et lentes de la myosine, qui remplacent les variantes embryonnaires ou n onatales. Ainsi, le type de fibre musculaire est d termin par les nerfs qui innervent la fibre. Une augmentation de la force et de la taille musculaires se produit au cours de la maturation. mesure que le squelette grandit, les cellules musculaires s allongent. L'allongement est obtenu par la formation de sarcom res suppl mentaires aux extr mit s des cellules musculaires ( Fig. 12.20 ), un processus r versible. Par exemple, la longueur d'une cellule diminue lorsque les sarcom res terminaux sont limin s, ce qui peut se produire lorsqu'un membre est immobilis avec le muscle dans une position raccourcie ou lorsqu'un mauvais r glage d'une fracture provoque un raccourcissement du segment du membre. Les changements dans la longueur du muscle affectent la vitesse et l tendue du raccourcissement, mais n influencent pas la quantit de force pouvant tre g n r e par le muscle. L'augmentation progressive de la force et du diam tre d'un muscle au cours de la croissance est obtenue principalement par l'hypertrophie. Doubler le diam tre myofibrillaire en ajoutant davantage de sarcom res en parall le (hypertrophie, par exemple) peut doubler la force g n r e mais n'a aucun effet sur la vitesse maximale de raccourcissement. L exercice en r sistance peut favoriser l hypertrophie par l activation de la voie de signalisation Akt-mTOR et l inhibition simultan e de la voie prot ine O (FoxO)-atrog ne de la bo te de forkhead, ce qui entra ne une augmentation de la synth se nette des prot ines ( Figure 12.21A ). L'augmentation du Ca intracellulaire et la diminution de la concentration d'ATP peuvent galement stimuler la biogen se mitochondriale et l'expression d'un ph notype musculaire lent gr ce l'activation de la signalisation du coactivateur du r cepteur activ par les prolif rateurs de peroxysomes 1 (PGC-1 ) (voir Figure 12.21B Les muscles squelettiques ont une capacit limit e former de nouvelles fibres (hyperplasie). Ces nouvelles fibres r sultent de la diff renciation des cellules satellites pr sentes dans les tissus. Cependant, une destruction cellulaire importante conduit leur remplacement par du tissu cicatriciel. Les muscles doivent non seulement tre utilis s pour maintenir une croissance et un d veloppement normaux, mais doivent galement subir une charge. Figue. 12h20. Effets de la croissance sur la production m canique d'une cellule musculaire. En r gl |
Physiologie de Ganong et Levy | e g n rale, la croissance des cellules musculaires squelettiques implique soit un allongement (ajout de sarcom res suppl mentaires aux extr mit s des fibres musculaires), soit une augmentation du diam tre des fibres musculaires (hypertrophie r sultant de l'ajout de plus de myofilaments/myofibrilles en parall le dans la fibre musculaire). La formation de nouvelles fibres musculaires est appel e hyperplasie musculaire et est rare dans le muscle squelettique. Les muscles immobilis s dans un pl tre perdent de la masse. De plus, les vols spatiaux exposent les astronautes un environnement de microgravit qui d charge m caniquement leurs muscles. Un tel d chargement entra ne une perte rapide de la masse musculaire (c'est- -dire une atrophie) et une faiblesse. L'atrophie de d susage semble impliquer la fois l'inhibition de la synth se des prot ines et la stimulation de la d gradation des prot ines (avec activation nette de la voie FoxO-atrog ne). D'autres cat gories d'atrophie des muscles squelettiques comprennent la sarcop nie (qui est une atrophie associ e au processus de vieillissement) et la cachexie (qui est une atrophie associ e une maladie). Les muscles qui se contractent fr quemment pour soutenir le corps poss dent g n ralement un nombre lev d unit s motrices oxydatives lentes (type I). Ces unit s motrices lentes s'atrophient plus rapidement que les unit s motrices rapides (type II). pendant des p riodes de d chargement prolong es. Cette atrophie des unit s motrices lentes est associ e une diminution de la force t tanique maximale mais galement une augmentation de la vitesse maximale de raccourcissement. L'augmentation de la vitesse est corr l e l'expression de l'isoforme rapide de la myosine dans ces fibres. Un aspect important de la m decine spatiale est la conception de programmes d exercices qui minimisent ces changements ph notypiques lors d un vol spatial prolong . Figure 12.21. Voies de signalisation mol culaire de base impliqu es dans la contribution la synth se nette des prot ines (A) et la biogen se mitochondriale (B) dans le muscle squelettique en r ponse l'exercice. AKT, une prot ine kinase sp cifique de la s rine/thr onine (prot ine kinase B) ; AMPK, prot ine kinase activ e par la 5 ad nosine monophosphate ; ATP, ad nosine triphosphate ; CaM kinase, Ca++/prot ine kinase d pendante de la calmoduline ; CREB, prot ine de liaison l' l ment de r ponse AMPc ; ERR , r cepteur li aux strog nes ; FoxO, forkhead box O classe de facteurs de transcription ; FoxO-P, FoxO phosphoryl ; Glut-4, transporteur de glucose de type 4 ; HDAC5, histone d sac tylase 5 ; IGF-1, facteur de croissance 1 analogue l'insuline ; MEF2, facteur 2 d'am lioration des myocytes ; mTOR, cible mammif re de la rapamycine ; Nrf1, Nrf2 et Nrf2 , facteurs respiratoires nucl aires 1, 2 et 2 ; PGC-1 , coactivateur 1 du r cepteur activ par les prolif rateurs de peroxysomes ; PI3K, phosphatidylinositol-3-kinase ; Tn I, troponine I. (A, de Sandri M, et al. PGC-1alpha prot ge le muscle squelettique de l'atrophie en supprimant l'action de FoxO3 et la transcription g nique sp cifique l'atrophie. PNAS. 2006;103:16260-16265. B, de Lin J , Handschin C, Spiegelman BM. Contr le m tabolique via la famille PGC-1 de coactivateurs de transcription Cell Metab. 2005;1:361-370.) La testost rone est un facteur majeur responsable de la plus grande d nervation, r innervation, masse musculaire chez l'homme car elle a la fois une action myotrophique). Une vari t de mol cules synth tiques, appel es st ro des anabolisants, comme d j indiqu , l'innervation est cruciale pour le squelette, ont t con ues pour am liorer la croissance musculaire tout en pr sentant un ph notype mini-musculaire. Si le nerf moteur est coup , les muscles fascinent par leur action androg ne. Ces m dicaments sont largement utilis s. La fasciculation est caract ris e par de petites contractions importantes chez les culturistes et les athl tes pratiquant des sports dans lesquels la force est irr guli re, provoqu e par la lib ration d'ac tylcholine. Les doses sont g n ralement 10 50 fois sup rieures aux extr mit s de la partie distale d g n rative de l axone. que ceux qui pourraient tre prescrits th rapeutiquement des individus. Plusieurs jours apr s la d nervation, la fibrillation musculaire commence. avec une production hormonale alt r e. Malheureusement, aucune fibrillation n'est caract ris e par un manque d'effets androg nes spontan s et r p titifs de ces compos s. Donc aux contractions. A ce moment, les r cepteurs cholinergiques, aux doses utilis es, induisent de graves perturbations hormonales, r parties sur toute la membrane cellulaire, ayant pour effet d'inverser notamment la d pression de la production de testost rone. Un l ment majeur de leur arrangement embryonnaire de pr innervation. Le probl me musculaire est de savoir si ces m dicaments augmentent r ellement la masse musculaire et si les fibrillations refl tent une hypersensi |
Physiologie de Ganong et Levy | bilit l'ac tylcholine. Les performances sportives affect es chez les individus ayant des muscles circulants normaux s'atrophient galement, avec une diminution de la taille des niveaux de testost rone. Bien qu'ils soient utilis s depuis le muscle et ses cellules. L'atrophie est progressive chez l'homme, avec les ann es 1950, les faits scientifiques restent incertains, et la plupart des d g n rescences de certaines cellules 3 ou 4 mois apr s la d nervation. les tudes exp rimentales chez l'animal n'ont pas d montr d'effets significatifs sur le d veloppement musculaire. La plupart des fibres musculaires sont remplac es par de la graisse et des fibres conjonctives. Rapports de tissus apr s 1 2 ans. Ces changements peuvent tre invers s si les tudes chez l homme restent controvers es. Les partisans affirment que la r innervation se produit en quelques mois. Les augmentations de r innervation en force qui offrent des avantages de classe mondiale sont normalement obtenues par la croissance du moignon p riph rique de performance. Les critiques soutiennent que ces augmentations concernent en grande partie les axones des nerfs moteurs le long de l ancienne gaine nerveuse. effets placebo associ s aux attentes et la motivation R innervation de fibres autrefois rapides (type II) par de petits facteurs. Le d bat public sur l'abus de st ro des anabolisants a conduit une rediff renciation lente des axones moteurs de ces cellules, ce qui a conduit leur d signation comme substances contr l es, au m me titre que les fibres (de type I), et vice versa. Cela sugg re qu'il s'agit de gros opiac s, d'amph tamines et de barbituriques. les petits nerfs moteurs diff rent qualitativement et que les nerfs ont un effet trophique sp cifique sur les fibres musculaires. Cet effet trophique refl te le taux de stimulation des fibres. Par exemple, la stimulation via des lectrodes implant es dans le muscle peut r duire l atrophie de d nervation. De mani re plus frappante, la stimulation chronique basse fr quence des unit s motrices rapides provoque la d sactivation de ces unit s. convertis en unit s lentes. Une certaine conversion vers un ph notype typique de fibres rapides peut se produire lorsque la fr quence de contraction des unit s lentes est consid rablement diminu e en r duisant l'apport excitateur. L'apport excitateur peut tre r duit en sectionnant la racine vert brale ou dorsale appropri e ou en sectionnant le tendon, ce qui inactive fonctionnellement les m canor cepteurs p riph riques. La fr quence de contraction d termine le d veloppement et le ph notype des fibres gr ce des changements dans l'expression des g nes et la synth se des prot ines. Les fibres qui subissent une activit contractile fr quente forment de nombreuses mitochondries et synth tisent l'isoforme lente de la myosine. Les fibres innerv es par de gros axones moins excitables se contractent rarement. Ces fibres relativement inactives forment g n ralement peu de mitochondries, contiennent de grandes concentrations d'enzymes glycolytiques et synth tisent l'isoforme rapide de la myosine. Fig.12.22A). Plus pr cis ment, il appara t que la stimulation du je ne adulte Les cellules musculaires contraction lente une fr quence compatible avec les cellules musculaires contraction lente peuvent activer la phosphatase calcineurine d pendante du Ca++, qui son tour peut d phosphoryler le NFAT et entra ner la translocation du NFAT du myoplasme vers le noyau, suivie de la transcription des g nes musculaires contraction lente (et de l'inhibition rapide Conform ment ce m canisme, l'expression de la NFAT constitutivement active dans les muscles contraction rapide favorise l'expression des myosines contraction lente tout en inhibant l'expression de la myosine contraction rapide. Le facteur de transcription myocyte enhancement factor 2 (MEF2) a galement t impliqu dans cette transition des muscles contraction rapide vers les muscles contraction lente (voir Fig.12.22B).L'activationdeMEF2estpens er sulterdeCa++/calmodulin phosphorylation d pendante d'un inhibiteur de MEF2 : savoir l'histoned ac tylase (HDAC). Le [Ca++] intracellulaire semble jouer un r le important dans l expression de l isoforme lente de la myosine. Les fibres musculaires contraction lente ont un niveau de Ca++ intracellulaire au repos plus lev que les fibres musculaires contraction rapide. De plus, la stimulation lectrique chronique des muscles contraction rapide s'accompagne d'une augmentation de 2,5 fois du [Ca++] myoplasmique au repos qui pr c de l'expression accrue de la myosine contraction lente et une diminution de l'expression de la myosine contraction rapide. De m me, une l vation chronique du Ca++ intracellulaire (environ cinq fois) dans les cellules musculaires exprimant la myosine contraction rapide induit un changement dans l'expression des g nes de l'isoforme de la myosine musculaire rapide l'isoforme de la myosine lente en 8 jour |
Physiologie de Ganong et Levy | s. Une augmentation de l'activit de la citrate synth tase (un indicateur de la capacit oxydative) et une diminution de l'activit de la lactate d shydrog nase (un indicateur de la capacit glycolytique) accompagnent ce Ca++-d pendant. Muscle : potentiel d'action Membrane superficielle Fig. 12.22. Voies de signalisation mol culaire contribuant la transition du muscle contraction rapide au muscle contraction lente. La stimulation lectrique chronique d'un muscle contraction rapide selon un sch ma coh rent avec un muscle contraction lente entra ne le d veloppement du ph notype musculaire contraction lente en raison de la d phosphorylation du facteur de transcription nucl aire des cellules T activ es (NFAT) par le Ca++/calmoduline d pendante de la prot ine phosphatase calcineurine (CaN) ; cela entra ne son tour une translocation nucl aire de NFAT et l'expression de fibres musculaires contraction lente (A). L activation du facteur de transcription myocyteenhancerfactor 2 (MEF2) semble galement contribuer cette transition de type de fibre (B), dans laquelle l activation de MEF2 implique Ca++/calmoduline phosphorylation d pendante d'un inhibiteur, l'histoned ac tylase (HDAC). CaMK, Ca++/calmoduline prot ine kinase d pendante ; ECC, excitation contractioncouplage; P, phosphorylation de HDAC. (De LiuY, etal:. Signalingpathwaysinactivity dependantfibertypeplasticityinadultskeletalmuscle.J Muscle Res Cell Motil. 2005;26:13-21.) transition de la myosine contraction rapide la myosine contraction lente. Ces changements d pendants du Ca++ sont r versibles par une r duction du [Ca++] intracellulaire. R ponse l'exercice Les physiologistes de l'exercice identifient trois cat gories de programmes d'entra nement et de r ponses : l'apprentissage, l'endurance, et l'entra nement en force ( Tableau 12.3). En r gle g n rale, la plupart des efforts sportifs impliquent des l ments des trois. L aspect apprentissage de l entra nement implique des facteurs de motivation ainsi que la coordination neuromusculaire. Cet aspect de l entra nement n implique pas de changements adaptatifs dans les fibres musculaires en soi. Cependant, les capacit s motrices peuvent persister pendant des ann es sans entra nement r gulier, contrairement aux r ponses des cellules musculaires l exercice. Toutes les personnes en bonne sant peuvent maintenir un certain niveau d activit musculaire continue soutenue par le m tabolisme oxydatif. Ce niveau peut tre consid rablement augment par un programme d exercice r gulier suffisant pour induire des r ponses adaptatives. La r ponse adaptative des fibres musculaires squelettiques l exercice d endurance r sulte principalement d une augmentation de la capacit m tabolique oxydative des unit s motrices impliqu es. Cette demande impose une charge accrue aux syst mes cardiovasculaire et respiratoire et augmente la capacit des muscles cardiaques et respiratoires. Ces derniers effets sont responsables des principaux bienfaits pour la sant associ s l exercice d endurance. La force musculaire peut tre augment e par des efforts massifs et r guliers qui sollicitent la plupart des unit s motrices. De tels efforts recrutent des unit s motrices glycolytiques rapides, ainsi que des unit s motrices oxydatives lentes. Au cours de ces efforts, l apport sanguin aux muscles qui travaillent peut tre interrompu lorsque la pression des tissus d passe la pression intravasculaire. Le flux sanguin r duit limite la dur e de la contraction. Un exercice r gulier de force maximale, comme l'halt rophilie, induit la synth se d'un plus grand nombre de myofibrilles et donc une hypertrophie des cellules musculaires actives. Le stress accru induit galement la croissance des tendons et des os. L exercice d endurance ne ralentit pas les unit s motrices rapides, et l effort musculaire maximal ne produit pas non plus un passage des unit s motrices lentes aux unit s motrices rapides. Ainsi, tout programme d exercices pratiques, lorsqu il est superpos aux activit s quotidiennes normales, ne modifie probablement pas le ph notype des fibres musculaires. Des activit s telles que la randonn e ou, en particulier, la course de descente, dans lesquelles les muscles en contraction sont tir s et allong s trop vigoureusement, sont suivies de plus de douleurs et de raideurs qu'apr s un exercice comparable n'impliquant pas d' tirements et d'allongements musculaires vigoureux (par exemple, le v lo). La douleur sourde et douloureuse qui en r sulte se d veloppe lentement et atteint son apog e dans les 24 48 heures. La douleur est associ e une amplitude de mouvement r duite, une raideur et une faiblesse des muscles affect s. Les principaux facteurs l origine de la douleur sont le gonflement et l inflammation dus des l sions des cellules musculaires, le plus souvent pr s de la jonction myotendineuse. Les unit s motrices de type II sont plus affect es que les unit s motrices de type I car la force maxim |
Physiologie de Ganong et Levy | ale est la plus lev e dans les grandes cellules, dans lesquelles les charges impos es sont environ 60 % sup rieures la force maximale que les cellules peuvent d velopper. La r cup ration est lente et d pend de la r g n ration des sarcom res bless s. Propri t s biophysiques du muscle squelettique Les m canismes mol culaires de contraction musculaire d crits pr c demment sous-tendent et sont responsables des propri t s biophysiques du muscle. Historiquement, ces propri t s biophysiques ont t bien d crites avant l' lucidation des m canismes mol culaires de contraction. Ils restent des moyens importants de d crire la fonction musculaire. Lorsque les muscles se contractent, ils g n rent une force (souvent mesur e sous forme de tension ou de stress) et diminuent en longueur. Lors de l'examen des propri t s biophysiques du muscle, l'un de ces param tres est g n ralement maintenu constant et l'autre est mesur apr s une man uvre exp rimentale. En cons quence, une contraction isom trique est une contraction dans laquelle la longueur du muscle est maintenue constante et la force g n r e pendant la contraction est ensuite mesur e. Une contraction isotonique est une contraction dans laquelle la force (ou le tonus) est maintenue constante et le changement de longueur du muscle est ensuite mesur . Lorsqu'un muscle au repos est tir , il r siste l' tirement par une force qui augmente lentement au d but, puis plus rapidement mesure que l' tendue de l' tirement augmente ( 12.23 ). Cette propri t purement passive est due l lasticit du tissu musculaire. Si le muscle est stimul pour se contracter ces diff rentes longueurs, une relation diff rente est obtenue. Plus pr cis ment, la force contractile augmente mesure que la longueur du muscle augmente jusqu' un certain point (d sign LO pour indiquer la longueur optimale). mesure que le muscle s tire au-del de LO, la force contractile diminue. Cette courbe longueur-tension est coh rente avec la th orie du filament glissant, d crite pr c demment. A une longueur tr s 0 1 201 (fraction de l'optimum) Longueur du sarcom re ( m) Fig. 12.23. Relation longueur-tension dans le muscle squelettique. A, Configuration exp rimentale dans laquelle la tension t tanique maximale est mesur e diff rentes longueurs musculaires. B, Comment la tension active a t calcul e diff rentes longueurs musculaires (c'est- -dire en soustrayant la tension passive de la tension totale pour apprendre la longueur musculaire). C, Tracer la tension active en fonction de la longueur du muscle, avec le chevauchement pr vu des filaments pais et fins en des points s lectionn s. Figue. 12.24. Relation force-vitesse du muscle squelettique. La configuration exp rimentale est illustr e droite. La longueur initiale du muscle a t maintenue constante, mais la quantit de poids que le muscle devait soulever pendant la stimulation t tanique variait. Tandis que ces diff rentes quantit s de poids taient lev es, la vitesse de raccourcissement du muscle a t mesur e. Voir le texte pour plus de d tails. F, force ; V, vitesse. Avec une grande longueur de sarcom re (3,7 m), les filaments d'actine ne se chevauchent plus avec les filaments de myosine et il n'y a donc pas de contraction. mesure que la longueur du muscle diminue vers LO, le degr de chevauchement augmente et la force contractile augmente progressivement. mesure que la longueur du sarcom re diminue en dessous de 2 m, les minces filaments entrent en collision au milieu du sarcom re, l'interaction actine-myosine est perturb e et donc la force contractile diminue. Pour la construction des courbes longueur-tension, les muscles ont t maintenus une longueur donn e, puis la force contractile a t mesur e (c'est- -dire la contraction isom trique). Ainsi, la relation longueur-tension soutient la th orie du filament glissant de la contraction musculaire. La vitesse laquelle un muscle se raccourcit d pend fortement de la force que le muscle doit d velopper ( 12.24 ). En l absence de toute charge, la vitesse de raccourcissement du muscle est maximale (not e V0). V0 correspond au taux de cyclage maximal des ponts crois s (c'est- -dire qu'il est proportionnel au taux maximal de renouvellement d' nergie [activit ATPase] par la myosine). Ainsi, V0 pour les muscles contraction rapide est sup rieur celui pour les muscles contraction lente. L'augmentation de la charge diminue la vitesse de raccourcissement du muscle jusqu' ce que, charge maximale, le muscle ne puisse plus soulever la charge et ne puisse donc plus se raccourcir (vitesse nulle). Des augmentations suppl mentaires de la charge entra nent un tirement du muscle (vitesse n gative). La tension isom trique maximale (c'est- -dire la force laquelle la vitesse de raccourcissement est nulle) est proportionnelle au nombre de ponts crois s actifs entre l'actine et la myosine, et elle est g n ralement plus lev e pour les unit s motrices contraction rapide (en rais |
Physiologie de Ganong et Levy | on du plus grand diam tre des unit s motrices rapides). fibres musculaires contraction rapide et un plus grand nombre de fibres musculaires dans une unit motrice typique contraction rapide). Dans Fig. 12.24, la courbe de contrainte de puissance refl te le taux de travail effectu chaque charge et montre que le taux de travail maximal a t effectu une charge sous-maximale (c'est- -dire lorsque la force de contraction tait d'environ 30 % de la tension t tanique maximale). . Pour calculer cette derni re courbe, les coordonn es x et y ont t simplement multipli es, puis le produit a t trac en fonction de la coordonn e x. 1. Le muscle squelettique est compos de nombreuses cellules musculaires (fibres musculaires) qui mesurent g n ralement entre 10 et 80 m de diam tre et jusqu' 25 cm de longueur. L'apparition de stries dans le muscle squelettique est due la disposition hautement organis e de filaments pais et fins dans les myofibrilles des fibres musculaires squelettiques. Le Le sarcom re est une unit contractile du muscle squelettique. Chaque sarcom re mesure environ 2 m de longueur au repos et est d limit par deux lignes Z. Les sarcom res sont dispos s en s rie le long de la myofibrille. De fins filaments contenant de l'actine s' tendent de la ligne Z vers le centre du sarcom re. Des filaments pais, contenant de la myosine, sont positionn s au centre du sarcom re et chevauchent les minces filaments d'actine. La contraction musculaire r sulte de l interaction de la myosine et de l actine d pendante du Ca++, dans laquelle la myosine tire les minces filaments vers le centre du sarcom re. 2. La contraction des muscles squelettiques est sous le contr le du syst me nerveux central (c'est- -dire volontaire). Les centres moteurs du cerveau contr lent l activit des motoneurones dans les cornes ventrales de la moelle pini re. Ces motoneurones , leur tour, font synapse sur les fibres musculaires squelettiques. Alors que chaque fibre musculaire squelettique est innerv e par un seul motoneurone, un motoneurone innerve plusieurs fibres musculaires au sein du muscle. Une unit motrice d signe l ensemble des fibres musculaires innerv es par un seul motoneurone. 3. Le motoneurone initie la contraction du muscle squelettique en produisant un potentiel d'action dans la fibre musculaire. mesure que le potentiel d'action passe dans les tubules T de la fibre musculaire, les r cepteurs de la dihydropyridine (DHPR) dans les tubules T subissent des changements de conformation qui entra nent l'ouverture des canaux SR Ca++ voisins appel s r cepteurs de la ryanodine (RYR), qui lib rent ensuite du Ca++ dans le myoplasme. de la SR. L'augmentation du Ca++ myoplasmique favorise la contraction musculaire en exposant les sites de liaison la myosine sur les filaments minces d'actine (un processus qui implique la liaison du Ca++ la troponine C, suivie du mouvement de la tropomyosine vers le sillon du filament mince). Les ponts crois s de myosine semblent alors subir une action de cliquet, les minces filaments tant tir s vers le centre du sarcom re et contractant la fibre musculaire squelettique. La relaxation du muscle s'ensuit lorsque le Ca++ myoplasmique est res questr par la Ca++-ATPase (SERCA) dans le SR. 4. La force de contraction peut tre augment e par l activation d un plus grand nombre de motoneurones (c est- -dire le recrutement d un plus grand nombre de fibres musculaires) ou par une augmentation de la fr quence des potentiels d action dans la fibre musculaire, qui produit la t tanie. L'augmentation de la force lors des contractions t taniques est due une l vation prolong e du [Ca++] intracellulaire. 5. Les deux types fondamentaux de fibres musculaires squelettiques se distinguent en fonction de leur vitesse de contraction (c'est- -dire contraction rapide ou contraction lente). La diff rence de vitesse de contraction est attribu e l expression de diff rentes isoformes de myosine qui diff rent par leur activit ATPase. En plus de la diff rence d'activit de la myosine ATPase, les muscles contraction rapide et lente diff rent galement par leur activit m tabolique, le diam tre des fibres, la taille des unit s motrices, la sensibilit la t tanie et le mod le de recrutement. 6. En r gle g n rale, les muscles contraction lente sont recrut s avant les fibres musculaires contraction rapide en raison de la plus grande excitabilit des motoneurones innervant les muscles contraction lente. La capacit oxydative lev e des fibres musculaires contraction lente favorise une activit contractile soutenue. En revanche, les fibres musculaires contraction rapide ont tendance tre volumineuses et ont g n ralement une faible capacit oxydative et une capacit glycolytique lev e. Les unit s motrices contraction rapide sont donc mieux adapt es aux courtes p riodes d'activit lorsque des niveaux de force lev s sont requis. 7. Les fibres musculaires contraction rapide peuv |
Physiologie de Ganong et Levy | ent tre converties en fibres musculaires contraction lente (et vice versa), selon le mod le de stimulation. La stimulation lectrique chronique d'un muscle contraction rapide entra ne l'expression de myosine contraction lente et une diminution de l'expression de la myosine contraction rapide, ainsi qu'une augmentation de la capacit oxydative. Le ou les m canismes sous-jacents ce changement dans l'expression des g nes sont inconnus, mais le changement semble tre secondaire une l vation du [Ca++ intracellulaire au repos]. La calcineurine phosphatase d pendante du Ca++ et le facteur de transcription NFAT ont t impliqu s dans cette transition du ph notype contraction rapide au ph notype contraction lente. La kinase d pendante de Ca++/calmoduline et le facteur de transcription MEF2 peuvent galement participer la transition ph notypique. 8. Les fibres musculaires squelettiques s'atrophient apr s d nervation. Les fibres musculaires d pendent de l'activit de leurs nerfs moteurs pour le maintien du ph notype diff renci . La r innervation par la croissance des axones le long de la gaine nerveuse d'origine peut inverser ces changements. Le muscle squelettique a une capacit limit e remplacer les cellules perdues la suite d un traumatisme ou d une maladie. L'inhibition des voies de signalisation PI3K/Akt et l'activation de la voie FoxO semblent contribuer la diminution du taux de synth se des prot ines et l'augmentation du taux de d gradation des prot ines (respectivement) observ es lors de l'atrophie de non-utilisation. La d gradation accrue des prot ines au cours de l'atrophie est attribu e l'augmentation de l'activit de la prot ase (par exemple, activation de la caspase 3) et de l'ubiquitination (par le biais de niveaux lev s d'ubiquitine ligases). 9. Le muscle squelettique pr sente une plasticit ph notypique consid rable. La croissance normale est associ e une hypertrophie cellulaire, provoqu e par l ajout de davantage de myofibrilles et de sarcom res aux extr mit s de la cellule pour correspondre la croissance du squelette. L'entra nement en force induit une hypertrophie cellulaire, tandis que l'entra nement en endurance augmente la Allen DG, Whitehead NP, Froehner SC. L'absence de dystrophine perturbe la signalisation des muscles squelettiques : r les du Ca2+, des esp ces r actives de l'oxyg ne et de l'oxyde nitrique dans le d veloppement de la dystrophie musculaire. Physiol Rev.2016;96(1):253-305. Anderson DM, Anderson KM, Chang CL et al. Un micropeptide cod par un ARN long non codant putatif r gule la performance musculaire. Cellule. 2015;160(4):595-606. Baldwin KM, Haddad F, Pandorf CE, Roy RR, Edgerton VR. Alt rations de la masse musculaire et du ph notype contractile en r ponse aux mod les de d chargement : r le des m canismes transcriptionnels/pr traductionnels. Physiol avant. 2013;4:284. Burr AR, Molkentin JD. Les preuves g n tiques chez la souris renforcent l'hypoth se calcique de la mort des myofibres dans la dystrophie musculaire. La mort cellulaire diff re. 2015;22 : 1402-1412. capacit oxydative de toutes les unit s motrices impliqu es. Les programmes d'entra nement ne peuvent pas modifier le type de fibres ni l'expression des isoformes de la myosine. 10. La fatigue musculaire pendant l exercice n est pas due une d pl tion en ATP. Le ou les m canismes sous-jacents la fatigue induite par l'exercice ne sont pas connus, bien que l'accumulation de divers produits m taboliques (lactate, Pi, ADP) ait t impliqu e. Compte tenu de l'importance de pr venir l' puisement de l'ATP myoplasmique, qui affecterait la viabilit de la cellule, il est probable que de multiples m canismes aient pu tre d velopp s pour induire la fatigue et ainsi r duire le taux d'hydrolyse de l'ATP avant que l'individu ne risque de se blesser ou de mourir. le cellule musculaire squelettique. 11. Lorsque les besoins nerg tiques d un muscle en exercice ne peuvent tre satisfaits par le m tabolisme oxydatif, une dette en oxyg ne appara t. L augmentation de la respiration pendant la p riode de r cup ration apr s l exercice refl te cette dette en oxyg ne. Plus le m tabolisme ana robie est important pour r pondre aux besoins nerg tiques de la contraction musculaire, plus la dette en oxyg ne est importante. Gordon AM, Homsher E, Regnier M. R gulation de la contraction du muscle stri . Physiol Rev.2000;80(2):853-924. Imbrici P, Altamura C, Pessia M, Mantegazza R, Desaphy JF, Camerino DC. Canaux chlorure ClC-1 : recherche de pointe et d fis futurs. Neuroscies des cellules frontales. 2015;9:156. Joyner MJ, Casey DP. R gulation de l'augmentation du flux sanguin (hyper mie) vers les muscles pendant l'exercice : une hi rarchie de besoins physiologiques concurrents. Physiol Rev.2015;95(2):549-601. Nelson CR, Fitts RH. Effets d'un pH cellulaire faible et d'un phosphate inorganique lev sur la relation pCa-force dans des fibres musculaires uniques des temp ratures proches de la phy |
Physiologie de Ganong et Levy | siologie. Suis J Physiol Cell Physiol. 2014;306(7):C670-C678. Sandri M. D gradation des prot ines dans la cachexie canc reuse. Biol de d veloppement de cellules s minales. 2016;54 : 11-19. Schiaffino S, Reggiani C. Types de fibres dans les muscles squelettiques des mammif res. Physiol Rev.2011;91(4):1447-1531. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire l'organisation du muscle cardiaque et comment il r pond aux exigences de l'organe. 2. D crire les m canismes mol culaires impliqu s dans le couplage excitation-contraction dans le muscle cardiaque et son ad quation pour cet organe. 3. D crire les m canismes mol culaires qui conduisent une augmentation de la force de contraction du c ur. 4. Discutez de la relation longueur-tension et de la courbe force-vitesse du muscle cardiaque, y compris la base mol culaire des deux courbes. Si l' l ve a d j compl t le cours sur les muscles squelettiques, il sera en mesure de comparer les muscles cardiaques et squelettiques pour chacun des objectifs d'apprentissage qui viennent d' tre num r s. La fonction du c ur est de pomper le sang dans le syst me circulatoire, ce qui est accompli par la contraction hautement organis e des cellules du muscle cardiaque. Plus pr cis ment, les cellules du muscle cardiaque sont reli es entre elles pour former un syncytium lectrique, avec des connexions lectriques et m caniques troites entre les cellules du muscle cardiaque adjacentes. Un potentiel d'action initi dans une r gion sp cialis e du c ur (par exemple, le n ud sino-auriculaire) est donc capable de passer rapidement dans tout le c ur pour faciliter la synchronisation. contraction des cellules du muscle cardiaque, importante pour l action de pompage du c ur. De m me, le remplissage du c ur n cessite une relaxation synchronis e du c ur ; une relaxation anormale entra ne souvent des conditions pathologiques. Ce chapitre commence par une description de l'organisation des cellules du muscle cardiaque dans le c ur, y compris une discussion des connexions lectriques et m caniques troites. Les m canismes qui sous-tendent la contraction, la relaxation et la r gulation de la force de contraction des cellules du muscle cardiaque sont galement abord s. Bien que le muscle cardiaque et le muscle squelettique soient tous deux des muscles stri s, ils sont tr s diff rents en termes d'organisation, de couplage lectrique et m canique, de couplage excitation-contraction et de m canismes de r gulation de la force de contraction. Ces diff rences sont galement soulign es. Organisation de base des cellules musculaires cardiaques Les cellules musculaires cardiaques sont beaucoup plus petites que les cellules musculaires squelettiques. G n ralement, les cellules du muscle cardiaque mesurent 10 m de diam tre et environ 100 m de longueur. Comme le montre Fig. 13.1A, les cellules cardiaques sont reli es les unes aux autres par des disques intercal s, qui comprennent une combinaison de jonctions m caniques et de connexions lectriques. Les connexions m caniques, qui emp chent les cellules de se s parer lors de la contraction, comprennent les fascias adh rents et les desmosomes. Les jonctions lacunaires entre les cellules du muscle cardiaque, quant elles, assurent des connexions lectriques entre les cellules pour permettre la propagation du potentiel d'action dans tout le c ur. Ainsi, la disposition des cellules du muscle cardiaque dans le c ur forme un syncytium lectrique et m canique qui permet un potentiel d'action unique (g n r dans le n ud sino-auriculaire) de passer dans tout le c ur afin que le c ur puisse se contracter de mani re synchrone, semblable une onde. mani re. Les vaisseaux sanguins parcourent le myocarde. L'organisation de base des filaments pais et fins dans les cellules du muscle cardiaque est comparable celle du muscle squelettique (voir ). La microscopie lectronique r v le des bandes claires et sombres r p titives qui repr sentent respectivement les bandes I et A (voir Figure 13.1B Figue. 12.3). Le muscle cardiaque est donc class parmi les muscles stri s. La ligne Z coupe la bande I et repr sente le point d'attache des filaments minces. La r gion situ e entre deux lignes Z adjacentes repr sente le sarcom re, qui est l'unit contractile de la cellule musculaire. Les filaments minces sont compos s d'actine, de tropomyosine et de troponine et s' tendent jusqu' la bande A. La bande A est compos e de filaments pais, ainsi que d'un certain chevauchement de filaments minces. Les filaments pais sont compos s de myosine et s' tendent du centre du sarcom re vers les lignes Z. Les filaments de myosine sont form s par une association queue- -queue de mol cules de myosine au centre du sarcom re, suivie d'une association t te-queue mesure que le filament pais s' tend vers les lignes Z. Ainsi, le filament de myosine est polaris et pr t tirer les filaments d'actine vers le centre du sarcom r |
Physiologie de Ganong et Levy | e. Une vue en coupe transversale du sarcom re pr s de l'extr mit de la bande A montre que chaque filament pais est entour de six filaments minces et que chaque filament mince re oit des attaches en pont crois de trois filaments pais. Cet ensemble complexe de filaments pais et fins est caract ristique du muscle cardiaque et du muscle squelettique et aide Fig. 13.1 A, Photomicrographie de cellules du muscle cardiaque (grossissement 210). Des disques intercal s chaque extr mit d une cellule musculaire sont identifi s dans la partie inf rieure gauche de la micrographie. Le disque intercal relie physiquement les myocytes adjacents et, en raison de la pr sence de jonctions lacunaires, couple galement lectriquement les cellules, de sorte que le muscle fonctionne comme un syncytium lectrique et m canique. B, Repr sentation sch matique de l'organisation d'un sarcom re au sein d'un cellule du muscle cardiaque. (A, tir de l'histologie int gr e de Telser A. Elsevier. St. Louis : Mosby ; 2007. B, redessin de Fawcett D, McNutt NS. L'ultrastructure du myocarde du chat. I. Muscle papillaire ventriculaire. J Cell Biol. 1969 ; 42 : 1-45.) stabilisent les filaments lors de la contraction musculaire (voir Figue. 12.3B , pour l'ensemble hexagonal de filaments pais et fins dans le sarcom re du muscle stri ). Plusieurs prot ines peuvent contribuer l'organisation des filaments pais et fins, notamment la m romyosine et la prot ine C (au centre du sarcom re), qui semblent servir d' chafaudage l'organisation des filaments pais. De m me, la n buline s tend sur toute la longueur du filament d actine et peut servir d chafaudage pour le filament mince. Le filament d'actine est ancr la ligne Z par l' -actinine, tandis que la prot ine tropomoduline r side l'extr mit du filament d'actine et r gule la longueur du filament mince. Ces prot ines sont pr sentes dans les cellules musculaires cardiaques et squelettiques. Les filaments pais sont attach s aux lignes Z par une grosse prot ine lastique appel e titine. Bien que la titine ait t postul e pour attacher la myosine aux lignes Z et ainsi emp cher un tirement excessif du sarcom re, il existe des preuves indiquant que la titine pourrait participer la signalisation cellulaire (peut- tre en agissant comme un capteur d' tirement et en modulant ainsi la synth se des prot ines en r ponse au stress). Une telle signalisation par la titine a t observ e dans les cellules musculaires cardiaques et squelettiques. De plus, les d fauts g n tiques de la titine entra nent une atrophie des cellules des muscles cardiaques et squelettiques et peuvent contribuer la fois au dysfonctionnement cardiaque et aux dystrophies des muscles squelettiques (appel es titinopathies). On pense galement que la titine contribue la capacit du muscle cardiaque augmenter la force lors de l' tirement (discut dans la section suivante " Bien que le muscle cardiaque et le muscle squelettique contiennent une abondance de tissu conjonctif, le c ur contient davantage de tissu conjonctif. L abondance de tissu conjonctif dans le c ur aide pr venir la rupture musculaire (comme dans le muscle squelettique), mais elle emp che galement un tirement excessif du c ur. L analyse longueur-tension du muscle cardiaque, par exemple, montre une augmentation spectaculaire de la tension passive mesure que le muscle cardiaque est tir au-del de sa longueur de repos. Le muscle squelettique, en revanche, tol re un degr d tirement beaucoup plus lev avant que la tension passive n atteigne un niveau comparable. La raison de cette diff rence entre les muscles cardiaques et squelettiques n'est pas connue, bien qu'une possibilit soit que l' tirement du muscle squelettique soit g n ralement limit par l'amplitude de mouvement de l'articulation, qui son tour est limit e par les ligaments/tissus conjonctifs entourant l'articulation. Le c ur, en revanche, semble s'appuyer sur l'abondance de tissu conjonctif autour des cellules du muscle cardiaque pour viter un tirement excessif pendant les p riodes d'augmentation du retour veineux. Lors d un exercice intense par exemple, le retour veineux peut tre multipli par cinq. Cependant, le c ur est capable de pomper ce volume suppl mentaire de sang dans le syst me art riel avec seulement des changements mineurs dans le volume ventriculaire du c ur (c'est- -dire que le volume t l diastolique augmente de moins de 20 %). Bien que l abondance de tissu conjonctif dans le c ur limite l tirement du c ur pendant ces p riodes de retour veineux accru, des m canismes de r gulation suppl mentaires aident le c ur pomper le sang suppl mentaire qu il re oit (comme indiqu dans la section ). l inverse, si le c ur tait trop tir , la capacit contractile des cellules du muscle cardiaque diminuerait (en raison d une diminution du chevauchement des filaments pais et fins), ce qui entra nerait un pompage insuffisant, une augmentation de la pression veineuse et pe |
Physiologie de Ganong et Levy | ut- tre un d me pulmonaire. . Au sein des cellules du muscle cardiaque, les myofibrilles sont entour es par le r ticulum sarcoplasmique (SR), un r seau interne de membranes (voir Figure 13.1B ). Ceci est similaire au SR dans le muscle squelettique, sauf que le SR dans le c ur est moins dense et moins d velopp . Les r gions terminales du SR jouxtent le tubule T ou se trouvent juste en dessous du sarcolemme (ou les deux) et jouent un r le cl dans l' l vation du [Ca++] intracellulaire lors d'un potentiel d'action. Le m canisme par lequel un potentiel d'action initie la lib ration de Ca++ dans le c ur diff re cependant significativement de celui dans le muscle squelettique (comme discut dans la section ). Le c ur contient une abondance de mitochondries ; jusqu' 30 % du volume du c ur est occup par ces organites. La haute densit des mitochondries conf re au c ur une grande capacit oxydative, bien plus que ce qui est typique du muscle squelettique. Le sarcolemme du muscle cardiaque contient galement des invaginations (tubules T) comparables celles observ es dans le muscle squelettique. Dans le muscle cardiaque, cependant, les tubules T sont positionn s au niveau des lignes Z, tandis que dans le muscle squelettique des mammif res, les tubules T sont positionn s aux extr mit s des bandes I. Dans le muscle cardiaque, les connexions entre les tubules T et le SR sont moins nombreuses et moins d velopp es que celles du muscle squelettique. Hypertrophie cardiomyopathique familiale (FCH) survient chez environ 0,2 % de la population g n rale, mais constitue la principale cause de mort subite chez des adultes par ailleurs en bonne sant . Elle a t li e des d fauts g n tiques dans une vari t de prot ines dans les sarcom res cardiaques, notamment la myosine, la troponine, la tropomyosine et la myosine. La prot ine de liaison C, une prot ine structurale situ e au milieu de l'aire du sarcom re. La cule est suffisante pour produire une hypertrophie cardiomyopathique. La pathog nie de la FCH, cependant, est variable, m me au sein d'une famille pr sentant un seul d faut g n tique, en termes d'apparition et de gravit ; cette variabilit sugg re la pr sence de mo locus diff renciants. Contr le de l'activit musculaire cardiaque Le muscle cardiaque est un muscle involontaire dot d un stimulateur cardiaque intrins que. Le stimulateur cardiaque repr sente une cellule sp cialis e (situ e dans le n ud sino-auriculaire de l'oreillette droite) capable de subir une d polarisation spontan e et de g n rer des potentiels d'action. Il est important de noter que, bien que plusieurs cellules du c ur soient capables de se d polariser spontan ment, les d polarisations spontan es les plus rapides se produisent dans les cellules du n ud sino-auriculaire. De plus, une fois qu'une cellule donn e se d polarise spontan ment et d clenche un potentiel d'action, ce potentiel d'action se propage ensuite dans tout le c ur (par des voies de conduction sp cialis es et un contact de cellule cellule). Ainsi, la d polarisation d une seule cellule est n cessaire pour d clencher une vague de contraction dans le c ur (c est- -dire un battement de c ur). Les m canismes sous-jacents cette d polarisation spontan e sont discut s en profondeur dans Fig. 16.17, une fois qu'un potentiel d'action est initi dans le n ud sino-auriculaire, il se propage entre les cellules auriculaires via des jonctions lacunaires, ainsi qu' travers des fibres de conduction sp cialis es dans les oreillettes. Le potentiel d'action peut traverser les oreillettes en 70 ms environ. Pour que le potentiel d'action atteigne les ventricules, il doit traverser le n ud auriculo-ventriculaire, apr s quoi le potentiel d'action traverse le ventricule via des voies de conduction sp cialis es (le faisceau de His et le syst me de Purkinje) et des jonctions lacunaires dans les disques intercal s des c urs adjacents. myocytes. Le potentiel d'action peut traverser tout le c ur dans les 220 ms apr s son initiation dans le n ud sino-auriculaire. tant donn que la contraction d'une cellule du muscle cardiaque dure g n ralement 300 ms, cette conduction rapide favorise une contraction presque synchrone des cellules du muscle cardiaque. Il s agit d un sc nario tr s diff rent de celui du muscle squelettique, dans lequel les cellules sont regroup es en unit s motrices qui sont recrut es ind pendamment mesure que la force de contraction augmente. Le sang et les liquides extracellulaires contiennent g n ralement 1 2 mmol/L de Ca++ libre, et on sait depuis l' poque du physiologiste Sidney Ringer (vers 1882) que le c ur a besoin de Ca++ extracellulaire pour se contracter. Ainsi, un c ur isol continue g n ralement de battre lorsqu il est perfus avec une solution saline physiologique chaude (37 C), oxyg n e et contenant environ 2 mmol/L de Ca++ (par exemple, la solution de Tyrode), mais il s arr te de battre en l absence de cellules extracellulaires. Cet arr t des contractions dans |
Physiologie de Ganong et Levy | les milieux d ficients en Ca++ est galement observ dans les c urs stimul s lectriquement, ce qui d montre encore l'importance du Ca++ extracellulaire pour la contraction du muscle cardiaque. Cette situation est bien diff rente de celle du muscle squelettique, qui peut se contracter en l'absence totale de Ca++ extracellulaire. Les potentiels d'action dans le muscle cardiaque sont prolong s, durant 150 300 ms ( Fig. 13.2 encadr ), qui est sensiblement plus long que les potentiels d'action dans le muscle squelettique ( 5 msec). La longue dur e du potentiel d'action dans le muscle cardiaque est due un lent courant Ca++ entrant travers un canal calcique de type L d pendant du potentiel dans le sarcolemme. La quantit de Ca++ entrant dans la cellule du muscle cardiaque est relativement faible et sert de d clencheur la lib ration de Ca++ par le SR. En l'absence de Ca++ extracellulaire, un potentiel d'action peut toujours tre initi dans le muscle cardiaque, bien qu'il n cessite un afflux de Ca++ via les canaux calciques de type L dans le sarcolemme et les tubules T. Voir le texte pour plus de d tails. L'encart montre l' volution temporelle du potentiel d'action (AP), du Ca intracellulaire transitoire (Ca) et de la contraction. ATP, ad nosine triphosphate ; NCX, antiporteur sarcolemme 3Na+-Ca++ ; PLN, phospholamban; RYR, r cepteur de la ryanodine. (Modifi partir de Bers DM. Cardiac excitation-contraction Couplage. Nature. 2002;415:198-205. Encart modifi partir de Mountcastle VB: Medical Physiology, 13 ed. St Louis, Mosby, 1974; Brooks CM, Hoffman BF, Suckling EE, Orias O : Excitability of the Heart, New York, Grune & Stratton, 1955.) est consid rablement plus court en dur e et incapable d initier une contraction. Ainsi, l afflux de Ca++ pendant le potentiel d action est crucial pour d clencher la lib ration de Ca++ du SR et ainsi initier la contraction. Le canal calcique de type L est compos de cinq sous-unit s ( 1, 2, , et ). La sous-unit 1 est galement appel e r cepteur de la dihydropyridine (DHPR) car elle se lie la classe des dihydropyridines des m dicaments bloquant les canaux calciques (par exemple, la nitrendipine et la nimodipine). Bien que ce complexe de canaux soit pr sent la fois dans le muscle squelettique et cardiaque, il remplit des fonctions tr s diff rentes dans les deux types de muscles (discut s dans le paragraphe suivant). Dans chaque sarcom re du muscle cardiaque, les r gions terminales du SR butent sur les tubules T et le sarcolemme (voir Les figures. 13.1B 13.2 ). Ces r gions jonctionnelles du SR sont enrichies en r cepteurs de la ryanodine (RYR ; un canal de lib ration du Ca++ dans le SR). Le RYR est un canal calcique d pendant du Ca++, et donc l'afflux de Ca++ pendant un potentiel d'action est capable d'initier la lib ration de Ca++ du SR dans le muscle cardiaque. La quantit de Ca++ lib r e dans le cytosol partir du SR est bien sup rieure celle entrant dans le cytosol partir du sarcolemme, bien que la lib ration de Ca++ partir du SR ne se produise pas sans cette entr e de Ca++ d clencheur . En revanche, dans le muscle squelettique, la lib ration de Ca++ partir du SR n'implique pas l'entr e de Ca++ travers le sarcolemme mais r sulte plut t d'un changement conformationnel induit par la tension dans le DHPR. Ainsi, le couplage excitation-contraction dans le muscle cardiaque est appel couplage lectrochimique (impliquant la lib ration de Ca++ induite par Ca++), tandis que le couplage excitation-contraction dans le muscle squelettique est appel couplage lectrom canique (impliquant des interactions directes entre le DHPR dans le tubule T et le RYR dans le SR). La base de cette diff rence dans les m canismes de lib ration du Ca++ semble d pendre de l'isoforme DHPR, car l'expression de la DHPR cardiaque dans les cellules musculaires squelettiques entra ne un besoin de Ca++ extracellulaire pour la contraction de ces cellules musculaires squelettiques modifi es. Comme dans le muscle squelettique, la contraction du muscle cardiaque est r gul e par de fins filaments et une l vation du [Ca++] intracellulaire est n cessaire pour favoriser l'interaction actine-myosine. faible (<50 nmol/L) intracellulaire [Ca++], la liaison de la myosine l'actine est bloqu e par la tropomyosine. Cependant, mesure que le [Ca++] cytosolique augmente au cours d'un potentiel d'action, la liaison du Ca++ la troponine C entra ne un changement de conformation dans le complexe troponine/tropomyosine dans lequel la tropomyosine se glisse dans le sillon du filament d'actine et expose les sites de liaison de la myosine sur le filament d'actine. . Tant que le [Ca++] cytosolique reste lev et que les sites de liaison de la myosine sont donc expos s, la myosine se liera l'actine, subira une action de cliquet et contractera la cellule du muscle cardiaque. Notez que parce que les sites de liaison de la myosine sur l'actine sont bloqu s un faible [Ca++] et expos s lors d' |
Physiologie de Ganong et Levy | une augmentation du [Ca++] intracellulaire, la contraction du muscle cardiaque est appel e r gulation des filaments fins. Ceci est identique la situation du muscle squelettique ; dans le muscle lisse, en revanche, la contraction est r gul e par des filaments pais (voir Lors d'une augmentation du [Ca++] intracellulaire et de l'exposition des sites de liaison de la myosine sur l'actine, les ponts transversaux de la myosine subissent une s rie d' tapes qui aboutissent une contraction de la cellule du muscle cardiaque. Au repos, les mol cules de myosine sont dynamis es dans la mesure o elles ont partiellement hydrolys l ad nosine triphosphate (ATP) pour incliner la t te et sont donc pr tes interagir avec l actine. Une l vation du [Ca++] intracellulaire expose alors les sites de liaison de la myosine sur l'actine et permet ainsi la myosine de se lier l'actine ( tape 1). La myosine li e subit ensuite un coup de force au cours duquel le filament d'actine est tir vers le centre du sarcom re ( tape 2). L'ad nosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (Pi) sont lib r s par la t te de myosine au cours de cette tape, car l' nergie de l'ATP est utilis e pour contracter le muscle. La t te de myosine se d place d'environ 70 nm lors de chaque action de cliquet (cycle de pont crois ). La liaison de l'ATP la myosine diminue l'affinit de la myosine pour l'actine et permet ainsi la myosine de se lib rer de l'actine ( tape 3). La myosine hydrolyse ensuite partiellement l'ATP li pour redynamiser ( armer ) la t te ( tape 4) et pr parer le pont crois pour un autre cycle. Ce cycle en quatre tapes est identique celui d crit pour le muscle squelettique (voir 12.13). Le muscle cardiaque et le muscle squelettique diff rent cependant par le niveau de [Ca++] intracellulaire atteint apr s un potentiel d'action et donc par le nombre d'interactions actine-myosine. Dans le muscle squelettique, le [Ca++] intracellulaire augmente et le nombre d'interactions actine-myosine est lev apr s un potentiel d'action. Dans le muscle cardiaque, l'augmentation du [Ca++] intracellulaire peut tre r gul e, ce qui conf re au c ur un moyen important de moduler la force de contraction sans recruter davantage de cellules musculaires ni subir de t tanie. Rappelons que dans le c ur, toutes les cellules musculaires sont activ es lors d une contraction et que recruter davantage de cellules musculaires n est donc pas une option. De plus, la t tanie des cellules du muscle cardiaque emp cherait toute action de pompage et serait donc mortelle. Par cons quent, le c ur s appuie sur diff rents moyens pour augmenter la force de contraction, notamment en faisant varier l amplitude du transitoire Ca++ intracellulaire. Relaxation du muscle cardiaque La relaxation du muscle squelettique n cessite simplement une r accumulation de Ca++ par le SR gr ce l'action de la calcium-ATPase du r ticulum endoplasmique sarcoplasmique (SERCA), galement connue sous le nom de pompe SR Ca++. Bien que SERCA joue un r le cl dans la diminution du [Ca++] cytosolique dans le muscle cardiaque, le processus est plus complexe que celui du muscle squelettique, car certains d clencheurs de Ca++ p n trent dans la cellule du muscle cardiaque par les canaux calciques du sarcolemme au cours de chaque potentiel d'action. Un m canisme doit donc exister pour extruder ce d clencheur Ca++ ; sinon, la quantit de Ca++ dans le SR augmenterait continuellement et une surcharge de Ca++ en r sulterait. En particulier, une certaine quantit de Ca++ est extrud e de la cellule du muscle cardiaque travers l'antiporteur sarcolemme 3Na+-Ca++ et une pompe sarcolemme Ca++ (Fig. 13.2). Le [Ca++] extracellulaire est de l'ordre du millimolaire, tandis que la quantit de [Ca++] intracellulaire est submicromolaire, et donc l'extrusion du Ca++ s'effectue contre un gradient chimique important. De m me, [Na+] est consid rablement plus lev dans les milieux extracellulaires que dans la cellule. L'antiporteur utilise le gradient de Na+ travers la cellule pour alimenter le mouvement ascendant du Ca++ hors de la cellule. tant donn que trois ions Na+ entrent dans la cellule en change d un ion Ca++, l antiporteur 3Na+-Ca++ est lectrog ne et cr e un courant d polarisant. La pompe sarcolemme Ca++, quant elle, utilise l nergie de l ATP pour extruder le Ca++ de la cellule. Les m canismes d'extrusion et SERCA contribuent ainsi la relaxation du muscle cardiaque en diminuant le cytosolique [Ca++]. Bien que l interaction de l actine et de la myosine n cessite une augmentation relativement faible du [Ca++] intracellulaire libre, l abondance de prot ines liant le Ca++ dans le myoplasme n cessite une augmentation beaucoup plus importante du [Ca++ intracellulaire total]. Le [Ca++] intracellulaire au repos est d environ 50 100 nmol/L ; La force de contraction semi-maximale n cessite environ 600 nmol/L de Ca++ libre. Cependant, en raison des prot ines liant le Ca++ telles que la parv |
Physiologie de Ganong et Levy | albumine et la troponine C, la concentration myoplasmique totale doit augmenter de 70 mol/L. Comme d j indiqu , une grande partie de cette augmentation du [Ca++] myoplasmique total se produit gr ce la lib ration de Ca++ par le SR. Chez un certain nombre d'esp ces, notamment les lapins, les chiens, les chats, les cobayes et les humains, l'absorption et la lib ration de Ca++ par le SR repr sentent environ 70 % du Ca++ intracellulaire transitoire. Ainsi, jusqu' 30 % de l'augmentation du [Ca++] intracellulaire peut tre imputable l'afflux de Ca++ via le calcium voltage-d pendant. canaux dans le sarcolemme, et l'antiporteur 3Na+-Ca++ contribue de mani re significative l'extrusion du Ca++ pendant la relaxation. La pompe sarcolemme Ca++ est en moindre abondance que l'antiporteur 3Na+-Ca++ mais a une affinit plus lev e pour le Ca++ et peut donc contribuer davantage la r gulation du [Ca++] intracellulaire au repos (voir 13.2 ). La contribution relative des m canismes d extrusion du Ca++ varie cependant selon les esp ces. Par exemple, les myocytes de rat et de souris d pendent principalement de la recapture du Ca++ par le SR (c'est- -dire que le SR repr sente 92 % du transport du Ca++). R gulation de la force de contraction tant donn que le c ur repr sente un syncytium lectrique dans lequel toutes les cellules du muscle cardiaque se contractent au cours d un seul battement, il n est pas possible d augmenter la force de contraction en recrutant davantage de cellules musculaires. De plus, la t tanie du c ur serait mortelle car elle neutraliserait l action critique de pompage du c ur. Le c ur a donc d velopp des strat gies alternatives pour augmenter la force de contraction. La longue dur e du potentiel d'action trouv dans le muscle cardiaque, qui est due l'activation du canal calcique de type L d pendant du potentiel, entra ne une longue p riode r fractaire, qui son tour emp che la t tanie. La modulation de l'afflux de Ca++ via les canaux calciques de type L pendant un potentiel d'action fournit cependant au c ur un m canisme permettant de modifier le [Ca++] cytosolique et donc la force de contraction. Un moyen simple de moduler la force de contraction des cellules du muscle cardiaque in vitro consiste faire varier le [Ca++] extracellulaire. Comme indiqu pr c demment, la contraction du c ur n cessite du Ca++ extracellulaire. La diminution du [Ca++] extracellulaire d'une plage normale de 1 2 mmol/L 0,5 mmol/L, par exemple, r duit la force de contraction. Cette diminution de la force de contraction n'est pas associ e une modification de la dur e de la contraction car les caract ristiques cin tiques de s questration du Ca++ par le SR et de l'extrusion du Ca++ n'ont pas t modifi es. Bien que cette approche consistant faire varier le [Ca++] extracellulaire pour modifier la force de contraction soit d montrable in vitro, ce n'est pas un moyen courant de moduler la force de contraction cardiaque in vivo. In vivo, une augmentation de la taille du transitoire Ca++ intracellulaire et donc de la force de contraction se produit en r ponse une stimulation sympathique (voir la section Chapitre 18). La stimulation sympathique se produit souvent pendant des p riodes d'excitation ou de peur et implique l'activation des r cepteurs -adr nergiques du c ur par la noradr naline (lib r e par les terminaisons nerveuses du c ur) ou l' pin phrine (lib r e par la m dullosurr nale dans la circulation sanguine). Comme le montre Fig. 13.3, l'isoprot r nol, agoniste -adr nergique, entra ne une augmentation spectaculaire de la taille du transitoire Ca++ intracellulaire et, par cons quent, une contraction plus forte. Une augmentation de la force de contraction est appel e inotropie positive. G n ralement, le taux de relaxation accompagnant cette stimulation -adr nergique augmente galement, ce qui entra ne une contraction plus courte. L augmentation du taux de relaxation musculaire est appel e lusitropie positive. La fr quence des contractions cardiaques augmente galement avec la stimulation -adr nergique et est appel e chronotropie positive. Ainsi, la stimulation -adr nergique du c ur produit des contractions plus fortes, plus br ves et plus fr quentes. Le syst me nerveux sympathique est stimul lorsqu un humain ou un animal est excit , et on dit qu il pr pare l individu au combat ou la fuite . Dans le cas du c ur, des niveaux accrus d' pin phrine, une hormone m dullaire surr nalienne, ou du neurotransmetteur sympathique noradr naline, activent les r cepteurs -adr nergiques des cellules du muscle cardiaque, qui leur tour activent l'ad nylate cyclase, augmentent l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) et favorisent ainsi l'AMPc. phosphorylation d pendante de nombreuses prot ines dans les cellules du muscle cardiaque ( Figure 13.4 Les deux canaux calciques de type L voltage-d pendants (responsables du d clencheur Ca++) et une prot ine associ e SERCA, appel e phospholamban, sont phosph |
Physiologie de Ganong et Levy | oryl s par la prot ine kinase d pendante de l'AMPc. L'action combin e de ces phosphorylations augmente la quantit de Ca++ dans le SR. Plus pr cis ment, la phosphorylation du canal calcique sarcolemme provoque l'entr e d'une plus grande quantit de Ca++ dans la cellule, et la phosphorylation du phospholamban augmente l'activit de SERCA, permettant ainsi au SR d'accumuler plus de Ca++ avant d' tre extrud par l'antiporteur 3Na+-Ca++ et la pompe Ca++ sarcolemme. . Le r sultat net est que le SR lib re plus de Ca++ dans le cytosol lors du prochain potentiel d'action, ce qui favorise davantage d'interactions actine-myosine et donc une plus grande force de contraction (voir 13.3 ). L'activit accrue de SERCA apr s stimulation sympathique entra ne galement une contraction raccourcie en raison de la r accumulation rapide de Ca++ par le SR. Cela permet au c ur d augmenter son taux de relaxation. Une cons quence suppl mentaire de la stimulation sympathique est une augmentation de la fr quence cardiaque par un effet direct sur les cellules du stimulateur cardiaque (voir Fig. 13.3 La stimulation des r cepteurs adr nergiques dans le c ur augmente la force de contraction. La stimulation lectrique du myocarde entra ne une augmentation transitoire du [Ca++] intracellulaire et une production de force (A). Isoprot r nol (a l'agoniste des r cepteurs adr nergiques) augmente l'amplitude du transitoire intracellulaire de Ca ++ et donc la quantit de g n ration g n r e (B). A Contr le B + Isoprot r nol Ca Ca Force Force 0,5 sec Des prot ines suppl mentaires et certains micropeptides semblent galement tre associ s SERCA et influencer le transport du calcium SR. Cela inclut le cadre de lecture ouvert nain de peptides de 34 acides amin s (DWORF), qui augmente l'affinit calcique de SERCA ( Fig. 13.5 ), apparemment en d pla ant le phospholamban. DWORF a t identifi dans un ARN putatif non codant. Les m canismes qui sous-tendent la r ponse du c ur Les stimulations adr nergiques sont complexes et impliquent une phosphorylation d pendante de l'AMP de plusieurs prot ines. Il a t d montr qu'une prot ine d'ancrage de la kinase (AKAP) est troitement associ e au L tapez le canal calcique dans le c ur, positionnant ainsi la prot ine kinase d pendante de l'AMPc proximit du canal et facilitant l'AMPc phosphorylation d pendante de ce canal lors d'une stimulation sympathique. Comment ces phosphorylations d pendantes de l'AMP augmentent l'amplitude du Ca ++ intracellulaire Les contractions cardiaques transitoires et, par cons quent, entra nant des contractions cardiaques plus fortes et plus br ves sont discut es en termes g n raux plus tard (voir aussi Des mutations dans le r cepteur cardiaque de la cryanodine (RYR2) ont t associ es des arythmies cardiaques. Plus pr cis ment, la tachycardie ventriculaire polymorphe techolaminergique (CPVT) est une maladie h r ditaire autosomique dominante qui se manifeste g n ralement pendant l'enfance sous forme d'exercice. induit une tachycardie qui peut voluer vers des arythmies pendant l'exercice (ou le stress) et entra ner une mort subite. Environ 40 % des patients atteints de CPVTex pr sentent un d faut de RYR2 qui a t associ une lib ration accrue de Ca++ du SR. On suppose que pendant les p riodes d'exercice ou de stress, des niveaux accrus de Ca++ intracellulaire (en raison des effets combin s de la stimulation adr nergique et de l'activit accrue du RYR2 mut ) favorisent le d veloppement du retard apr s la d pression. L' l vation du [Ca++] intracellulaire pendant la diastole est cens e favoriser le d veloppement des retards apr s d polarisations gr ce l'activation de l'antiporteur 3Na+-Ca++, dans lequel l'extrusion du Ca++ pendant la diastole entra ne un courant vers l'int rieur suffisant pour d polariser la cellule jusqu'au seuil d'action. potentiel. Le traitement de la CPVT implique une th rapie antiadr nergique (avec antagonistes adr nergiques) ou (pour les patients qui ne r pondent pas) un d fibrillateur implant . L' tirement du c ur augmente la force de contraction in vivo et in vitro et constitue un effet intrins que m canisme de r gulation de la force contractile. En revanche, le muscle squelettique pr sente g n ralement une tension maximale au repos. L' tirement du c ur in vivo se produit pendant les p riodes de retour veineux accru du sang vers le c ur (par exemple, pendant l'exercice ou lorsque la fr quence cardiaque est ralentie, ou les deux). La loi de Frank-Starling du c ur fait r f rence cette capacit du c ur augmenter sa force de contraction lorsqu'il est tir , ce qui se produit la Fig. 13.4 La stimulation sympathique du c ur entra ne une augmentation de l'ad nosine monophosphate cytosolique cyclique (AMPc) et donc une phosphorylation de plusieurs prot ines par la prot ine kinase A (PKA). Une prot ine d'ancrage Akinase (AKAP) adjacente la L Un canal calcique de type facilite la phosphorylation de ce canal et ventuellement d |
Physiologie de Ganong et Levy | es canaux calciques du r ticulum sarcoplasmique proximit . D'autres prot ines phosphoryl es par la PKA comprennent le phospholamban (PLN) et la troponine I. Les muscarinicagonistes (par exemple, l'ac tylcholine [ACh]), d'autre part, inhibent cette cascade sympathique en inhibant la production de cA. MPbyad nylatecyclase (AC). -AR, r cepteur adr nergique ; ATP, ad nosinetriphosphate ; Gi, prot ine G inhibitrice ; M2Rec, r cepteur muscarinique ac tylcholine M2r ; Reg, r cepteur g n tique r g n rant. L importance de ce m canisme est qu il aide le c ur pomper quel que soit le volume de sang qu il re oit. Ainsi lorsque le c ur re oit beaucoup de sang, les ventricules sont tir s, et la force de contraction est augment e, ce qui assure l' jection de ce volume de sang suppl mentaire. L tirement du muscle cardiaque augmente galement la tension passive, ce qui aide pr venir un tirement excessif du c ur. Cette r sistance passive du c ur est sup rieure celle du muscle squelettique et est attribu e la fois la matrice extracellulaire (tissu conjonctif) et aux prot ines lastiques intracellulaires (titine). Cette augmentation de la force de contraction du muscle cardiaque induite par l' tirement se produit sur une plage troite de longueurs de sarcom res (environ 1,6 2,3 um), ce qui entra ne une forte activation de la contraction d pendant de la longueur. Cette branche ascendante de la relation longueur-tension dans le muscle cardiaque est beaucoup plus raide que celle observ e dans le muscle squelettique. Il est important de noter que cette augmentation de force induite par l tirement peut se produire au cours d un seul battement de c ur. Le ou les m canismes sous-jacents cette augmentation de la force de contraction du muscle cardiaque induite par l' tirement sont controvers s, mais semblent impliquer des changements dans le chevauchement des filaments pais et minces ainsi qu'une augmentation induite par l' tirement de la sensibilit de contraction du Ca++ ( La figure 13.6B de l'augmentation de la force de contraction induite par l' tirement a t attribu e une augmentation de la sensibilit au Ca++, tandis que les 40 % restants de l'augmentation de la force de contraction induite par l' tirement ont t attribu s des changements dans le chevauchement des couches paisses. et des filaments fins. Les changements dans le chevauchement des myofilaments sont cependant moins susceptibles de contribuer l'augmentation continue de la force de contraction cardiaque mesure que la longueur du sarcom re augmente de 2,0 um 2,3 um, car on pense que cette r gion repr sente une r gion de chevauchement optimal des myofilaments (et repr sente un plateau dans la relation longueur-tension dans le muscle squelettique). Le(s) m canisme(s) contribuant l'augmentation induite par l' tirement de la sensibilit au Ca++ de la contraction cardiaque ne sont pas clairs, mais semblent impliquer la prot ine lastique intracellulaire titine, ainsi que des prot ines r gulatrices (par exemple, la troponineC). Comme dans le muscle squelettique, la myosine utilise l nergie de l ATP pour g n rer de la force, de sorte que le pool d ATP, qui est petit, doit tre continuellement reconstitu . G n ralement, cette reconstitution des r serves d ATP est r alis e par le m tabolisme a robie, notamment l oxydation des graisses et des glucides. En p riode d'isch mie, le pool de cr atine phosphate, qui convertit l'ADP en ATP, peut diminuer. Comme dans le muscle squelettique, le Dans le muscle trab culaire ventriculaire du rat, le pool de cr atine phosphate d environ 60 % est faible. 276 SECTION3Berne & Levy Physiologie ContractionSarcom reCa2 Ca2 Ca2 Sarcom re RelaxationSarcoplasme MyocytesR ticulum sarcoplasmique RyRSERCASERCAPLNDWORF A B C 125 100 75 50 25 0 250 200 150 100 50 0 WT Tg KO % Vmax 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 pCa * * WT Tg KO KCa[Ca2 ]libre (nM) Fig. 13,5 Apetit(34 Le peptide d'acide amin cod par un ARN non codant semble am liorer la fonction du r ticulum sarcoplasmique et les performances de mes ovocytes en contrecarrant l'effet inhibiteur du phospholamban (PLN) (comme illustr dans les mod les de travail comment dans le panneau A). La sion de DWORF dans les cardiomyocytes ( tiquet s Tg) a augment la sensibilit la cas du transport de SRCa, alors que l'inactivation de D WORF ( tiquet e KO) a eu l'effet inverse. type. (De NelsonBR, MakarewichCA, AndersonDM, etal.ApeptideencodedbyatranscriptannotatedaslongnoncodingRNAenhancesSERCAactivityinmuscle.Science.2016;351:271-275.) Lorsque le muscle cardiaque est compl tement priv d O2 en raison de l occlusion d un vaisseau coronaire (c est- -dire une isch mie de flux arr t e), les contractions cessent rapidement (dans les 30 secondes). Cela n est pas d une diminution de l ATP ou de la cr atine phosphate, car ces niveaux diminuent plus lentement. M me apr s 10 minutes d'isch mie flux arr t , lorsque les niveaux de cr atine phosphate sont proches de z ro et qu'il |
Physiologie de Ganong et Levy | ne reste que 20 % de l'ATP, la reperfusion peut restaurer ces r serves d' nergie, ainsi que la capacit contractile. Cependant, la prolongation de l'isch mie flux arr t pendant 20 minutes entra ne des baisses suppl mentaires de l'ATP, de sorte que la reperfusion a consid rablement moins d'effet, avec une restauration limit e des niveaux d'ATP et de cr atine phosphate ou de l'activit contractile. L'exercice tel que la course d'endurance peut augmenter la taille du c ur en raison de l'hypertrophie des cellules individuelles du muscle cardiaque. Cette hypertrophie du c ur de l athl te s accompagne d une am lioration des performances cardiaques, valu e par une augmentation du volume systolique, une consommation accrue d oxyg ne et une relaxation pr serv e. Le c ur de l athl te repr sente ainsi un exemple d hypertrophie physiologique , aux effets contractiles b n fiques. En revanche, s il est expos une surcharge de pression chronique, le c ur peut subir soit une hypertrophie ventriculaire gauche concentrique, soit une hypertrophie ventriculaire gauche dilat e, ce qui entra ne une alt ration de la fonction. Des d tails concernant les diff rences morphologiques, fonctionnelles et m canistiques entre ces diff rents types d'hypertrophie peuvent tre trouv s ailleurs dans ce manuel (voir Chapitre 18). L'hypertrophie concentrique se caract rise par un paississement de la paroi ventriculaire gauche et repr sente une hypertrophie compensatoire la charge accrue. L'hypertrophie dilat e se caract rise par une augmentation du volume ventriculaire (volume t l diastolique). Il a t d montr que l'hypertrophie ventriculaire gauche concentrique/compensatoire et l'hypertrophie ventriculaire gauche dilat e pr sentent une r ponse contractile diminu e la stimulation -adr nergique, ce qui limite la r serve contractile. Dans l'hypertrophie ventriculaire gauche dilat e, normale Fig. 13.6 L' tirement du c ur augmente la force de contraction (A). Ceci est imputable la fois l augmentation de la force maximale de contraction et l augmentation de la sensibilit de la contraction au Ca++ (B). Elle refl te un processus de r gulation intrins que appel loi du c ur de Frank-Starling. (B, Redrawnfrom DobeshD, KonhilasJ, deTombeP.Cooperativeactivationincardiacmuscle:impactofsarcomerel ength.Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2002;282:H1055-H1062.) La fonction contractile, ainsi que la r ponse de Frank Starling, peuvent galement tre alt r es. Les m canismes cellulaires et mol culaires sous-jacents au d veloppement de l'hypertrophie cardiaque ne sont pas clairs, bien qu'une l vation du [Ca++] intracellulaire ait t impliqu e. Le ou les liens entre l'hypertrophie cardiaque, la diminution de la performance cardiaque et l'alt ration de la r ponse -adr nergique lors d'une surcharge de pression chronique ne sont pas clairs. Une diminution des performances cardiaques a t attribu e une d r gulation du [Ca++] intracellulaire. Alt rations du niveau, de l'activit et de la phosphorylation L' tat de diverses prot ines, notamment les canaux calciques de type L, le phospholamban, SERCA et RYR, ont tous t impliqu s dans la d r gulation du Ca++ associ e une insuffisance cardiaque (hypertrophie pathologique). Il a t d montr qu un microARN (miR-222) est important pour la croissance cardiaque en r ponse l exercice. Il semble galement inhiber le remodelage inadapt du c ur apr s une l sion d'isch mie/reperfusion. Une l g re l vation du [Ca++] intracellulaire (en raison d'une activit contractile accrue, par exemple), a t propos e pour activer le Ca++/la prot ine phosphatase d pendante de la calmoduline (calcineurine) qui peuvent d phosphoryler le facteur de transcription nucl aire des cellules T activ es (NFAT), facilitant ainsi la translocation du NFAT vers le noyau et, terme, favorisant la synth se des prot ines et donc l'hypertrophie ( Fig.13.7 ).ActivationdeCa++/calmoduline La prot ine kinase d pendante a galement t impliqu e dans l'activation du facteur de transcription Myocyte Enhancer Factor 2 (MEF2) en favorisant la dissociation (exportation nucl aire) d'un inhibiteur de MEF2 ( savoir l'histone d sac tylase [HDAC]). Temp r La r ponse adr nergique du muscle cardiaque apr s une surcharge chronique de pression implique, au moins en partie, une diminution des r cepteurs -adr nergiques en raison de l'internalisation. La phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) et le r cepteur -adr nergique kinase 1 ont t impliqu s dans l'internalisation des r cepteurs -adr nergiques. L'hypertension art rielle, les d fauts des valvules cardiaques et l'affaiblissement des parois ventriculaires la suite d'un infarctus du myocarde peuvent tous conduire une insuffisance cardiaque, principale cause de d c s. L'insuffisance cardiaque peut tre observ e avec un paississement des parois du ventricule ou avec une dilatation (c'est- -dire une augmentation du volume) des ventricules. Les r sultats des tudes sugg r |
Physiologie de Ganong et Levy | ent que la cardiomyopathie dilat e peut tre vit e dans un mod le animal en r gulant la baisse le ph ospholamban. On pense que le m canisme sous-jacent cet effet pr ventif de la r gulation n gative du phospholamban implique une augmentation du Ca ++ activit d'absorption dans le SR parce que le phospholamban inhibe g n ralement SERCA. Une activit accrue de SERCA faciliterait la relaxation du c ur gr ce un Ca ++ rapide absorption par le SR. De plus, la force de contraction est augment e car plus de Ca++ est disponible pour la lib ration. L absorption accrue de Ca++ par le SR peut galement diminuer l activation des phosphatases d pendantes du Ca++ qui ont t impliqu es dans le d veloppement de l hypertrophie cardiaque. Il existe des preuves que l'hypertrophie cardiaque pourrait ne pas tre associ e certaines d ficiences fonctionnelles. Les constrictions aortiques intermittentes, par exemple, entra nent une diminution de la signalisation -adr nergique, une diminution de la densit capillaire et une diminution des taux de SERCA2, sans signe d'hypertrophie. L'activation de PI3K semble tre impliqu e dans cette r ponse. 278 SECTION3Berne & Levy Physiologie Activit Ca++ Autres transducteurs ? D'autres effecteurs ? Reprogrammation de l'expression g nique Hypertrophie myocytaire/remodelage tissulaire CalcineurineCaMK Autres cibles ? NFAT NFAT GSK3 HDAC CsA Agonistes MCIP en cabine MEF2 GATA P Fig. 13.7 Calcium activation d pendante de la calcineurine et de la calmoduline Les prot ines kinases d pendantes ont t impliqu es dans le d veloppement de l'hypertrophie cardiaque et impliquent l'activation des facteurs de transcription suivants : le facteur nucl aire des cellules T activ es (NFAT), le facteur de transcription se liant la s quence d'ADN GATA (GATA) et le facteur de renforcement des myocytes 2 (MEF2). Cabine, calcineurine prot ine de liaison/inhibiteur ; CaMK, Ca++/calmoduline prot inekinase d pendante ; CsA, cyclosporine ; GSK3, glycogensynthasekinase3 ; HDAC, histoned ac tylase ; MCIP, calcineurine modulatrice prot ine en interaction. (Redessin partir d'OlsonEN, WilliamsRS.Calcineurinsignalingandmuscleremodeling.Cell. 2000;101:689-692.) 1. Le muscle cardiaque est un muscle stri involontaire. Les cellules musculaires cardiaques sont relativement petites (10 m 100 m) et forment un syncytium lectrique avec des connexions lectriques et m caniques troites entre les cellules musculaires cardiaques adjacentes. Les potentiels d'action sont initi s dans le n ud sino-auriculaire et se propagent rapidement dans tout le c ur pour permettre une contraction synchrone, une caract ristique importante pour l'action de pompage du c ur. 2. La contraction du muscle cardiaque implique l'interaction Ca++-d pendante des filaments d'actine et de myosine, comme dans le muscle squelettique. Cependant, contrairement au muscle squelettique, le muscle cardiaque n cessite un afflux de Ca++ extracellulaire. Plus pr cis ment, l afflux de Ca++ pendant un potentiel d action d clenche la lib ration de Ca++ du SR, ce qui favorise ensuite l interaction et la contraction actine-myosine. 3. La relaxation du muscle cardiaque implique la r accumulation de Ca++ par le SR et l'extrusion du Ca++ de la cellule via l'antiporteur 3Na+-Ca++ et la pompe sarcolemme Ca++. La pompe Ca++ du SR est associ e de nombreuses prot ines (formant un r gulosome), dont certains inhibiteurs et activateurs de micropeptides endog nes. 4. La force de contraction du muscle cardiaque est augment e par l tirement (loi du c ur de Frank-Starling) et par la stimulation sympathique. Le muscle squelettique, en revanche, augmente la force en recrutant davantage de fibres musculaires ou par la t tanie. 5. L'hypertrophie cardiaque peut survenir en r ponse l'exercice, une surcharge de pression chronique ou des mutations g n tiques. L'hypertrophie cardiaque r sultant de l'exercice est g n ralement b n fique, avec une am lioration des performances cardiaques, une consommation accrue d'oxyg ne et une relaxation normale. En revanche, une surcharge de pression chronique peut entra ner une hypertrophie cardiaque initialement associ e une diminution de la r ponse -adr nergique, mais pouvant voluer vers une hypertrophie cardiaque dilat e, caract ris e par une diminution de la capacit contractile. Les mutations g n tiques entra nant une hypertrophie cardiaque comprennent l'hypertrophie familiale Anderson DM, Anderson KM, Chang CL et al. Un micropeptide cod par un ARN long non codant putatif r gule la performance musculaire. Cellule. 2015;160 : 595-606. Endoh M. Signalisation cardiaque Ca2+ et sensibilisants Ca2+. Circ J. 2008 ; 72 : 1915-1925. Haghighi K, Bidwell P, Kranias EG. L'interactome du phospholamban dans la contractilit cardiaque et la survie : une nouvelle vision d'un vieil ami. J Mol Cell Cardiol. 2014;77 : 160-167. Hidalgo C, Granzier H. R glage de la titine g ante mol culaire par phosphorylation : r le dans la |
Physiologie de Ganong et Levy | sant et la maladie. Tendances Cardiovasc Med. 2013;23 : 165-171. cardiomyopathie, dans laquelle une mutation dans une seule prot ine intracellulaire peut alt rer la fonction contractile et favoriser une r ponse hypertrophique. Les chercheurs ont identifi un microARN qui semble contribuer l hypertrophie cardiaque induite par l exercice et inhiber le remodelage inadapt apr s une l sion d isch mie/reperfusion. Kobirumaki-Shimozawa F, Inoue T, Shintani SA et al. R gulation des filaments fins cardiaques et Frank M canisme Starling. J Physiol Sci. 2014;64 : 221-232. Marques AR. Prot ines du cycle du calcium et insuffisance cardiaque : m canismes et th rapeutiques. J Clin Invest. 2013;123(1):46-52. Tao L, Bei Y, Zhang H, Xiao J, Li X. Exercice pour le c ur : voies de signalisation. Sur la cible. 2015;6:20773-20784. Williams GS, Boyman L, Lederer WJ. Calcium mitochondrial et r gulation du m tabolisme cardiaque. J Mol Cell Cardiol. 2015;78 : 35-45. A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. D crire l'organisation du muscle lisse dans divers tissus et comment il r pond aux exigences de chaque tissu/organe. 2. Discutez des m canismes qui favorisent la contraction et la relaxation des muscles lisses du syst me vasculaire et de divers organes. 3. D crire le m canisme d'autor gulation par lequel une art re peut maintenir un flux sanguin relativement constant vers un tissu sur une large gamme de pressions de perfusion. 4. D crire la base et l'utilit d'une transition de la contraction phasique la contraction tonique. 5. Discutez des courbes longueur-tension et des courbes force-vitesse pour les muscles lisses, ainsi que de la base mol culaire de chacune de ces courbes. Si l' l ve a d j compl t les cours sur les muscles squelettiques et le muscle cardiaque, la comparaison des trois tissus pour chacun des objectifs d'apprentissage num r s devrait tre possible. Les cellules musculaires stri es ou lisses sont un composant majeur des organes creux tels que le tube digestif, les voies respiratoires, le syst me vasculaire et le tractus urog nital. La contraction du muscle lisse sert modifier les dimensions de l'organe, ce qui peut avoir pour cons quence de propulser le contenu de l'organe (comme dans le cas du p ristaltisme de l'intestin) ou augmenter la r sistance au flux (comme dans la vasoconstriction). Le m canisme de base sous-jacent la contraction du muscle lisse implique une interaction de la myosine avec l'actine (comme dans le muscle stri ), bien qu'il existe quelques diff rences importantes. Plus pr cis ment, la contraction du muscle lisse est r gul e par un filament pais et n cessite une alt ration de la myosine avant de pouvoir interagir avec l'actine, tandis que la contraction du muscle stri est r gul e par un filament fin et n cessite un mouvement du complexe troponine-tropomyosine sur le filament d'actine avant que la myosine puisse se lier l'actine. Le muscle lisse peut se contracter en r ponse des signaux lectriques ou hormonaux et pr sente la capacit de rester contract pendant de longues p riodes de faibles niveaux de consommation d' nergie, ce qui est important pour des fonctions telles que le maintien du tonus vasculaire et donc de la pression art rielle. Ainsi, la r gulation de la contraction du muscle lisse est complexe, impliquant parfois de multiples cascades de signalisation intracellulaire. Dans le pr sent chapitre, nous nous effor ons d'identifier les m canismes qui sous-tendent cette r gulation diversifi e de la contraction des muscles lisses et, le cas ch ant, de comparer ces m canismes de r gulation. m canismes avec ceux observ s dans le muscle stri . Les alt rations de la fonction/r gulation des muscles lisses qui ont t impliqu es dans diverses conditions pathologiques sont galement discut es. Pr sentation du muscle lisse Types de muscles lisses Les muscles lisses ont t subdivis s en deux groupes : unitaires et multiunitaires. Dans le muscle lisse unitaire, les cellules musculaires lisses sont lectriquement coupl es de telle sorte que la stimulation lectrique d'une cellule est suivie par la stimulation des cellules musculaires lisses adjacentes. Cela se traduit par une vague de contraction, comme dans le p ristaltisme. De plus, cette vague d'activit lectrique, et donc de contraction, dans un muscle lisse unitaire peut tre initi e par une cellule de stimulateur cardiaque (c'est- -dire une cellule musculaire lisse qui pr sente une d polarisation spontan e). En revanche, les cellules musculaires lisses multi-unit s ne sont pas coupl es lectriquement, de sorte que la stimulation d une cellule n entra ne pas n cessairement l activation des cellules musculaires lisses adjacentes. Des exemples de muscles lisses multi-unit s comprennent le canal d f rent du tractus g nital masculin et l'iris de l' il. Les muscles lisses, cependant, sont encore plus diversifi s, les classifications unit un |
Physiologie de Ganong et Levy | ique et unit s multiples repr sentant les extr mit s d'un spectre. Les termes unit unique et unit s multiples repr sentent cependant une simplification excessive ; de nombreux muscles lisses sont modul s par une combinaison d' l ments neuronaux avec au moins un certain degr de couplage cellule cellule et des activateurs ou inhibiteurs produits localement qui favorisent galement une r ponse quelque peu coordonn e des muscles lisses. Une deuxi me consid ration lorsque l on discute des types de muscles lisses est le mod le d activit ( 14.1 ). Dans certains organes, les cellules musculaires lisses se contractent de mani re rythmique ou intermittente, tandis que dans d autres organes, les cellules musculaires lisses sont continuellement actives et maintiennent un niveau de tonus . Les muscles lisses pr sentant une activit rythmique ou intermittente sont appel s muscles lisses phasiques et comprennent les muscles lisses des parois des voies gastro-intestinales (GI) et urog nitales. Un tel muscle lisse phasique correspond la cat gorie unitaire d crite pr c demment car les cellules musculaires lisses se contractent en r ponse des potentiels d'action qui se propagent de cellule en cellule. En revanche, un muscle lisse qui est continuellement actif est appel muscle lisse tonique. Les muscles lisses vasculaires, les muscles lisses respiratoires et certains sphincters sont continuellement actifs. L activation partielle continue du muscle lisse tonique n est pas associ e des potentiels d action, bien qu elle soit proportionnelle au potentiel membranaire. Le muscle lisse tonique correspondrait ainsi au muscle lisse multiunitaire d crit pr c demment. Les contractions phasiques et toniques du muscle lisse r sultent des interactions des filaments d'actine et de myosine, bien que, comme indiqu plus loin dans ce chapitre, il y ait un changement dans la cin tique du cycle de pont crois pendant la contraction tonique, de sorte que le muscle lisse peut maintenir sa force faible co t nerg tique. . Figue. 14.1 Certains mod les d'activit contractile pr sent s par les muscles lisses. Toniques, les muscles lisses sont normalement contract s et g n rent une variable stable. Les muscles lisses des phases pr sentent g n ralement des contractions rythmiques (par exemple, p ristaltisme dans le tractus gastro-intestinal), mais peuvent se contracter par intermittence au cours d'activit s physiologiques sous contr le volontaire (par exemple, vacuation de l'urine de la vessie, d glutition). Structure des cellules musculaires lisses 14.2 ). Les vaisseaux sanguins et les voies respiratoires pr sentent une structure tubulaire simple dans laquelle les cellules musculaires lisses sont dispos es circonf rentiellement, de sorte que la contraction r duit le diam tre du tube. Cette contraction augmente la r sistance au flux sanguin ou a rien mais a peu d effet sur la longueur de l organe. L organisation des cellules musculaires lisses est plus complexe dans le tractus gastro-intestinal. Des couches de muscles lisses dans les orientations circonf rentielles et longitudinales assurent l'action m canique n cessaire au m lange des aliments et propulsent galement la lumi re. contenu de la bouche l'anus. La coordination entre ces couches d pend d'un syst me complexe de nerfs autonomes reli s par des plexus. Ces plexus cellulaires dans les parois de ces organes contribuent leur capacit r duire le volume interne presque z ro lors de la miction et sont situ s entre les deux couches musculaires. Le muscle lisse des parois des structures sacculaires telles que la vessie ou le rectum permet l organe d augmenter en taille avec l accumulation d urine ou de selles. La disposition vari e de Normalement partiellement contract (tonus) Vaisseaux sanguins, voies respiratoires Estomac, intestins sophage, vessie Phasiquement actif ou d f cation. Les cellules musculaires lisses des organes creux se pr sentent sous diverses formes, en fonction de leur fonction et des charges m caniques. Dans tous les organes creux, le muscle lisse est s par du contenu de l'organe par d'autres l ments cellulaires, qui peuvent tre aussi simples que l'endoth lium vasculaire ou aussi complexes que la muqueuse du tube digestif. Les parois des organes creux contiennent galement de grandes quantit s de tissu conjonctif qui supportent une part croissante de la contrainte murale mesure que le volume de l'organe augmente. Les sections suivantes d crivent les composants structurels qui permettent aux muscles lisses de d finir ou de modifier le volume des organes creux. Ces composants comprennent des prot ines contractiles et r gulatrices, des syst mes de transmission de force tels que le Fig. 14.2 Micrographies lectroniques balayage de muscles lisses. A, art riole musculaire avec des cellules musculaires lisses fusiformes dans une orientation circulaire (barre, 20 m). B, images superpos es de couches circulaires (en dessous) et longitud |
Physiologie de Ganong et Levy | inales (au-dessus) de muscles lisses intestinaux et comprenant des composants neuronaux du plexus myent rique (ast risque) (barre, 50 mm).C, Cellules musculaires lisses rectangulaires avec des projections fines sur les cellules adjacentes dans un petit conduit testiculaire (barre, 5 m). modifications du [Ca++] myoplasmique. Il existe une vari t de contacts sp cialis s entre les cellules musculaires lisses. De tels contacts permettent une liaison m canique et une communication entre les cellules. Contrairement aux cellules musculaires squelettiques, qui sont normalement attach es chaque extr mit d un tendon, les cellules musculaires lisses (et cardiaques) sont connect es les unes aux autres. tant donn que les cellules musculaires lisses sont anatomiquement dispos es en s rie, elles doivent non seulement tre li es m caniquement, mais doivent galement tre activ es simultan ment et au m me degr . Cette liaison m canique et fonctionnelle est cruciale pour le fonctionnement des muscles lisses. Si un tel lien existait Corps denses c Cav oles Filaments pais Mitochondries R ticulum sarcoplasmique Filaments minces pais 0,1 m0,1 m C 0,5 m n'existent pas, la contraction dans une r gion tirerait simplement une autre r gion sans diminution substantielle du rayon ou augmentation de la pression. Les liaisons m caniques sont assur es par des attaches aux gaines du tissu conjonctif et par des jonctions sp cifiques entre cellules musculaires. Plusieurs types de jonctions se retrouvent dans le muscle lisse. La liaison fonctionnelle des cellules est assur e par des jonctions lacunaires ( Figure 14.3A ). Les jonctions lacunaires forment des voies faible r sistance entre les cellules (voir ). Ils permettent galement la communication chimique par diffusion de compos s de faible poids mol culaire. Dans certains tissus, tels que la couche longitudinale externe du muscle lisse de l intestin, il existe un grand nombre de telles jonctions. Les potentiels d'action se propagent facilement de cellule en cellule travers ces tissus. B Couplages de surface R ticulum sarcoplasmique 0,5 m 0,2 m 0,5 m Fig. 14.3 Jonctions, membranes et myofilaments, dans un muscle lisse. A, Micrographie lectronique transmission de la jonction entre les cellules musculaires lisses intestinales. B, Vue longitudinale d'une cellule musculaire lisse de l'art re pulmonaire. fl ches) et les couplages de surface au niveau de la membrane cellulaire (court fl ches). C, Section transversale d'un faisceau de cellules musculaires lisses veineuses illustrant l'espacement r gulier des filaments pais (ligne longue) et le nombre relativement grand de filaments fins (actine) environnants (en m daillon). Les corps denses (pointes de fl ches) sont des sites d'attachement pour les filaments fins et actifs et quivalents aux lignes Z des muscles stri s. l ments du r ticulum sarco plasmique (ligne courte) se produisent la p riph rie de ces cellules. D, Micrographie lectronique balayage de la surface interne du sarcolemme d'une cellule musculaire lisse estinale. Des rang es longitudinales de caveoles se projettent dans le myoplasme (petites sph res de couleur claire), entour par des l ments plus sombres du r ticulum sarcoplasmique tubulaire. Les attaches des filaments minces l'olemme de l'arc entre les rang es d' l ments membranaires ont t supprim es lors de la pr paration de l' chantillon. (A et D, de Motta PM [ed). Ultrastructure du muscle lisse. Norwell, MA: KluwerAcademic; 1990.BandC, FromSomlyoAP, SomlyoAV.Smoothmusclestructureandfunction.I n: FozzardHAetal.[eds].The Heart and Cardiovascular System.2nded.NewYork:RavenPress;1992.) cellules musculaires. La jonction adh rente appara t sous la forme de r gions paissies de membranes cellulaires oppos es s par es par un petit espace ( 60 nm) contenant un mat riau granulaire dense. De fins filaments s' tendent jusqu' la jonction adh rente pour permettre la force contractile g n r e dans une cellule musculaire lisse d' tre transmise aux cellules musculaires lisses adjacentes. Les cellules musculaires lisses embryonnaires ne fusionnent pas et chaque cellule diff renci e poss de un seul noyau situ au centre. Bien qu clips es par les cellules musculaires squelettiques, les cellules musculaires lisses sont n anmoins assez grandes (g n ralement 40 600 m de long). Ces cellules ont un diam tre de 2 10 m dans la r gion du noyau et la plupart se r tr cissent vers leurs extr mit s. Les cellules contractantes deviennent tr s d form es en raison de la force exerc e sur la cellule par les attaches d'autres cellules ou la matrice extracellulaire, et les sections transversales de ces cellules sont souvent tr s irr guli res. Les cellules musculaires lisses sont d pourvues de tubules T, les invaginations du sarcolemme du muscle squelettique qui assurent les liaisons lectriques avec le r ticulum sarcoplasmique (SR). Cependant, le sarcolemme du muscle lisse pr sente des rang es longi |
Physiologie de Ganong et Levy | tudinales de petites poches int rieures en forme de sac appel es cav oles (voir 14.3B D ). Les cav oles augmentent le rapport surface/volume des cellules et sont souvent troitement li es au SR sous-jacent. Un cart d'environ 15 nm a t observ entre les cav oles et le SR sous-jacent, comparable l' cart entre les tubules T et le SR terminal dans le muscle squelettique. De plus, des tincelles de Ca++ et diverses prot ines manipulant le Ca++ ont t observ es proximit des cav oles, soulevant ainsi la possibilit que les cav oles et le SR sous-jacent puissent contribuer la r gulation du [Ca++] intracellulaire dans le muscle lisse. Le canal Ca++ de type L voltage-d pendant et l'antiporteur 3Na+-1Ca++, par exemple, sont associ s aux cav oles. Les prot ines cav oline et cholest rol sont toutes deux essentielles la formation des cav oles, et on suppose que les cav oles refl tent une r gion sp cialis e du sarcolemme qui peut galement contenir diverses mol cules de signalisation en plus de la signalisation Ca++ mentionn e pr c demment. Le muscle lisse poss de galement un r seau de membranes intracellulaires de SR qui sert de r servoir intracellulaire pour le Ca++ (voir 14.3B D ). Le calcium peut tre lib r du SR dans le myoplasme lorsque des neurotransmetteurs stimulateurs, des hormones ou des m dicaments se lient aux r cepteurs du sarcolemme. Il est important de noter que les canaux Ca++ intracellulaires dans le SR du muscle lisse comprennent le r cepteur de la ryanodine (RYR), qui est similaire celui trouv dans le SR du muscle squelettique, et le canal Ca++ d clench par l'inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3). Le RYR est g n ralement activ par une augmentation du [Ca++] intracellulaire (c'est- -dire la lib ration de Ca++ induite par le Ca++ en r ponse un afflux de Ca++ travers le sarcolemme). Le canal Ca++ d clench par InsP3 est activ par InsP3, qui est produit lorsqu'une ou plusieurs hormones se lient divers r cepteurs mobilisant le Ca++ sur le sarcolemme. Le [Ca++] intracellulaire est abaiss par l'action d'une SR Ca++-ATPase (SERCA) et l'extrusion du Ca++ de la cellule via un antiporteur 3Na+-1Ca++ et une Ca++-ATPase sarcolemme. La quantit de SR dans les cellules musculaires lisses varie de 2 % 6 % du volume cellulaire et se rapproche de celle du muscle squelettique. Chimique des signaux tels que InsP3 ou une augmentation localis e du [Ca++] intracellulaire (par exemple, dans l'espace entre les cav oles et le SR) relient fonctionnellement le sarcolemme et le SR. Les cellules musculaires lisses contiennent un r ticulum endoplasmique rugueux et un appareil de Golgi pro minents, situ s au centre de chaque extr mit du noyau. Ces structures refl tent d importantes fonctions de synth se et de s cr tion des prot ines. Les mitochondries dispers es sont suffisantes pour que la phosphorylation oxydative g n re l'augmentation de l'ad nosine triphosphate (ATP) consomm e pendant la contraction. Les filaments pais et fins des cellules musculaires lisses sont environ 10 000 fois plus longs que leur diam tre et sont troitement serr s. La probabilit d observer un filament intact en microscopie lectronique est donc extr mement faible. Contrairement au muscle squelettique, qui contient un alignement transversal de filaments pais et fins entra nant des stries, les filaments contractiles du muscle lisse ne sont pas align s transversalement de mani re uniforme et le muscle lisse ne pr sente donc pas de stries. L absence de stries dans les muscles lisses n implique pas un manque d ordre. Les filaments pais et fins sont organis s en unit s contractiles analogues aux sarcom res. Les minces filaments du muscle lisse ont une composition et une structure d'actine et de tropomyosine similaires celles du muscle squelettique. Cependant, la teneur cellulaire en actine et en tropomyosine du muscle lisse est environ deux fois sup rieure celle du muscle stri . Le muscle lisse manque de troponine et de n buline mais contient deux prot ines introuvables dans le muscle stri : la caldesmon et la calponine. Les r les pr cis de ces prot ines sont inconnus, mais ils ne semblent pas fondamentaux dans le cycle des ponts crois s. Il a t sugg r que la calponine et la caldesmon pourraient r guler la contractilit des muscles lisses. (en partie en inhibant l'activit de l'actomyosine ATPase). La majeure partie du myoplasme est remplie de minces filaments grossi rement align s le long du grand axe de la cellule. La teneur en myosine du muscle lisse ne repr sente qu'un quart de celle du muscle stri . De petits groupes de trois cinq filaments pais sont align s et entour s de nombreux filaments minces. Ces groupes de filaments pais aux filaments fins interdigit s sont reli s des corps ou zones denses ( Figure 14.4 Fig. 14.3A B ) et repr sentent l' quivalent du sarcom re. L'appareil contractile des cellules adjacentes est m caniquement coupl par les liens entre les zones membranaires denses. Le cy |
Physiologie de Ganong et Levy | tosquelette des cellules musculaires lisses sert de point d attache aux minces filaments et permet la transmission de la force aux extr mit s de la cellule. Contrairement au muscle squelettique, l appareil contractile du muscle lisse n est pas organis en myofibrilles et les lignes Z sont absentes. Les quivalents fonctionnels des lignes Z dans les cellules musculaires lisses Fig. 14.4 Organisation apparente de la cellule Les contacts cellulaires, le cytosquelette et les myofilaments dans les cellules musculaires lisses. Les petits l ments contractiles fonctionnellement quivalents ceux des sarcomes sont la base des similitudes m caniques entre les muscles lisses et squelettiques. Les corps denses, l' quivalent fonctionnel des muscles instri s par des lignes Z, sont interconnect s par des filaments interm diaires. Les myofilaments sont orient s en grande partie parall lement l'axe longitudinal de la cellule, bien qu'ils soient orient s obliquement. tion a t observ e dans certaines art res. sont des corps denses ellipso daux dans le myoplasme et des zones denses qui forment des bandes le long du sarcolemme (voir Les figures. 14.3A B 14.4 ). Ces structures servent de points d attache aux filaments fins et contiennent de l actinine , une prot ine galement pr sente dans les lignes Z du muscle stri . Les filaments interm diaires dont les diam tres se situent entre ceux des filaments fins (7 nm) et des filaments pais (15 nm) sont pr dominants dans le muscle lisse. Ces filaments relient les corps et zones denses en un r seau cytosquelettique. Les filaments interm diaires sont constitu s de polym res prot iques de desmine ou de vimentine. Contr le de l'activit des muscles lisses L'activit contractile des muscles lisses peut tre contr l e par de nombreux facteurs, notamment les hormones, les nerfs autonomes, l'activit du stimulateur cardiaque et divers m dicaments. Comme le muscle squelettique ou cardiaque, la contraction du muscle lisse d pend du Ca++, et les agents que nous venons d' num rer induisent une contraction du muscle lisse en augmentant le [Ca++ intracellulaire]. Cependant, contrairement au muscle squelettique ou cardiaque, les potentiels d'action du muscle lisse sont tr s variables et ne sont pas toujours n cessaires pour initier la contraction. De plus, plusieurs agents peuvent augmenter le [Ca++] intracellulaire et donc contracter le muscle lisse sans modifier le potentiel membranaire. La figure 14.5 montre diff rents types de potentiels d'action dans les muscles lisses et les changements de force correspondants. Un potentiel d'action dans le muscle lisse peut tre associ une r ponse lente de type contraction, et les forces de contraction peuvent s'accumuler pendant des p riodes de potentiels d'action r p titifs (c'est- -dire similaires la t tanie dans le muscle squelettique). Un tel sch ma d activit est caract ristique du muscle lisse unitaire de nombreux visc res. Des oscillations p riodiques du potentiel membranaire peuvent se produire en raison de changements dans l'activit de la Na+,K+- ATPase dans le sarcolemme. Ces oscillations du potentiel membranaire peuvent d clencher plusieurs potentiels d action dans la cellule. Alternativement, l'activit contractile du muscle lisse peut ne pas tre associ e la g n ration de potentiels d'action ni m me une modification du potentiel membranaire. Dans de nombreux muscles lisses, le potentiel membranaire au repos est suffisamment d polaris (-60 -40 mV) pour qu'une l g re diminution du potentiel membranaire puisse inhiber de mani re significative l'afflux de Ca++ via les canaux Ca++ voltage-d pendants dans le sarcolemme. En diminuant l afflux de Ca++, la force d velopp e par les muscles lisses diminue. Une telle r ponse gradu e de l gers changements du potentiel membranaire au repos est courante dans les muscles lisses multi-unit s qui maintiennent une tension constante (par exemple, le muscle lisse vasculaire). La contraction du muscle lisse en r ponse un agent qui ne produit pas de modification du potentiel membranaire est appel e couplage pharmacom canique et refl te g n ralement la capacit de l'agent augmenter le niveau du deuxi me messager intracellulaire InsP3. D'autres agents entra nent une diminution de la tension, m me sans modification du potentiel membranaire. Ces agents augmentent g n ralement les niveaux de seconds messagers intracellulaires, la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) ou l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc). Les m canismes mol culaires par lesquels InsP3, cGMP, cAMP et Ca++ modifient la force contractile du muscle lisse sont pr sent s ult rieurement. La phosphorylation d'une cha ne l g re de myosine est n cessaire pour l'interaction de la myosine avec l'actine, et bien que la phosphorylation d pendante du Ca++ joue un r le cl dans ce processus, le niveau de phosphorylation de la myosine (et donc le degr de contraction) d pend des activit s relatives. des deux myosine kinas |
Physiologie de Ganong et Levy | e cha ne l g re (MLCK, qui favorise la phosphorylation) et la myosine phosphatase (MP, qui favorise la d phosphorylation). Plusieurs agonistes/hormones augmentent le niveau de phosphorylation des cha nes l g res de la myosine en activant simultan ment MLCK via une augmentation du [Ca++] intracellulaire et en inhibant la MP via une cascade de signalisation impliquant la prot ine G monom re RhoA et son effecteur Rho kinase (ROK). De plus, l'hyperactivit de cette cascade de signalisation RhoA/ROK a t impliqu e dans diverses conditions pathologiques telles que l'hypertension et le vasospasme (discut s plus tard). Innervation du muscle lisse La r gulation neuronale de la contraction des muscles lisses d pend du type d'innervation et des neurotransmetteurs lib r s, de la proximit des nerfs avec les cellules musculaires et de la Fig. 14.5 Relations entre le potentiel membranaire (Em) et la g n ration de force (F) dans diff rents types de muscles lisses. A, les potentiels d'action peuvent tre g n r s et conduire une sorci re ou des r ponses m caniques additionn es plus importantes. Les potentiels d'action sont caract ristiques d'un seul unit s de muscles lisses (de nombreux visc res). Les jonctions cart es permettent la propagation des potentiels d'action dans tout le tissu. B, Activit rythmique produite par des ondes lentes qui d clenchent des potentiels d'action. C, L'activit contractile tonique peut tre li e la valeur du potentiel membranaire en l'absence de potentiels d'action. de m dicaments ou d'hormones qui n'ont aucun effet significatif sur le potentiel membranaire. type et r partition des r cepteurs des neurotransmetteurs sur les membranes des cellules musculaires ( 14.6 ). En g n ral, les muscles lisses sont innerv s par le syst me nerveux autonome. Le muscle lisse des art res est innerv principalement par des fibres sympathiques, tandis que le muscle lisse des autres tissus peut avoir une innervation la fois sympathique et parasympathique. Dans le tractus gastro-intestinal, les muscles lisses sont innerv s par les plexus nerveux qui constituent le syst me nerveux ent rique. Les cellules musculaires lisses de certains tissus (par exemple l ut rus) n ont pas d innervation. Les jonctions neuromusculaires et la transmission neuromusculaire dans le muscle lisse sont fonctionnellement comparables celles du muscle squelettique mais structurellement moins complexes. Les nerfs autonomes qui irriguent les muscles lisses pr sentent une s rie de zones enfl es, ou varicosit s, espac es intervalles r guliers le long de l'axone. Ces varicosit s contiennent des v sicules pour le neurotransmetteur (voir 14.6). La membrane postsynaptique du muscle lisse pr sente peu de sp cialisation par rapport celle du muscle squelettique (voir ). La fente synaptique a g n ralement une largeur d'environ 80 120 nm, mais peut tre aussi troite que 6 20 nm, voire sup rieure 120 nm. Dans les synapses dans lesquelles se trouve une large fente synaptique, la lib ration de neurotransmetteur peut affecter plusieurs cellules musculaires lisses. Il existe un grand nombre de neurotransmetteurs qui affectent l activit des muscles lisses. Une liste partielle est fournie dans Tableau 14.1 R gulation de la contraction La contraction du muscle lisse n cessite la phosphorylation d'une cha ne l g re de myosine. Typiquement, cette phosphorylation se produit en r ponse une augmentation du [Ca++] intracellulaire, soit apr s un potentiel d'action, soit en pr sence d'une hormone/agoniste. Comme le montre Fig. 14.7, une augmentation du [Ca++] intracellulaire dans le muscle lisse entra ne la liaison de 4 ions Ca++ la prot ine calmoduline, puis le complexe Ca++-calmoduline active MLCK, qui phosphoryle la cha ne l g re r gulatrice de la myosine. Cette tape de phosphorylation est essentielle l interaction de la myosine des muscles lisses avec l actine. En plus de cette tape de phosphorylation dans le muscle lisse, Varicosit avec v sicules de neurotransmetteurs Fig. 14.6 Syst mes de contr le du muscle lisse. Dans les muscles lisses multi-unit s (A) et dans les muscles lisses (B), des metteurs neurologiquement lib r s ou des hormones circulantes ou g n r es localement ou des mol cules de signalisation peuvent induire une contraction ou une relaxation du muscle lisse. La combinaison d'un anurotransmetteur, d'une hormone ou d'un m dicament avec des r cepteurs sp cifiques active la contraction en augmentant la Ca++ cellulaire. La r ponse des cellules d pend de la concentration des metteurs ou des hormones au niveau de la membrane cellulaire et de la nature des r cepteurs pr sents. Les concentrations d'hormones d pendent de la distance de diffusion, de la lib ration, de la recapture et du catabolisme. moins qu'ils ne soient coupl s lectriquement afin que la d polarisation soit transmise de cellule cellule. A, Multi-unit s de musc lisse Les muscles lisses ressemblent des muscles en ce sens qu'il |
Physiologie de Ganong et Levy | n'y a pas de couplage lectrique et que la r gulation neuronale est importante. B, les muscles lisses d'unit s simples sont comme des muscles cardiaques, et l'activit lectrique se propage dans tout le tissu. spectre multi-unit s. C, micrographie balayage des varices nergisantes du rat gr le, barre d' chelle = 3 m. D, image fluorescente des cat cholamines dans un seul plomb r nergique du m sent re du porc guin en. Barre d' chelle = 10 m. E, repr sentation de la distribution des nerfs sympathiques (en noir) invasculature.Les nerfs sympathiques sont associ s aux petites art res (SA), aux grandes art rioles (la), aux petites veines (SV), aux grandes venules (lv), aux petites art rioles (sa) et aux art rioles terminales (TA). Capillaires (c), post les veinules capillaires (pcv) et les petites veinules (svl) semblent manquer d'innervation sympathique. 22.D, FromChamleyJH, MarkGE, CampbellGR, BurnstockG. (1972) Sympatheticgangliainculture.I.Neurons.Z.Zel lforsch.Mikrosk.Anat.135,287-314.) aL effet pr dominant de la stimulation sympathique est la contraction musculaire douce provoqu e par l abondance de l 1-AR par rapport au 2-AR dans le muscle lisse.bActivation du 2- Un muscle lisse module le degr de contraction musculaire douce pendant une stimulation sympathique. Th rapeutique 2- Les ARagonistes sont importants pour la relaxation des muscles lisses bronchiques lors d'une crise d'asthme. Il convient de noter que cet effet de l'ACh est indirect, car la liaison de l'ACh aux cellules endoth liales entra ne la lib ration de l'oxyde nitrique relaxant des muscles lisses des cellules endoth liales. fect).dUne vari t d'hormones peuvent augmenter l'InsP3 dans le nettoyage des muscles lisses, ce qui entra ne une contraction musculaire douce. Ces hormones comprennent l'angiotensine II, la vasopressine et l'endoth line, ainsi que les neurotransmetteurs noradr naline et ac tylcholine. Comme indiqu ci-dessus, cependant, chaque hormone/transmetteur se lie un type de r cepteur sp cifique. dans le syst me vasculaire et favorise la vasodilatation. Ainsi, l'ad nosine agit comme un facteur local pour augmenter le flux sanguin vers l'asp r gion sp cifique (c'est- -dire muscle travaillant). AR, r cepteur adr nergique ; EC, cellule endoth liale ; InsP3, inositol1,4,5-trisphosphate ; SMC, cellule musculaire lisse. une mol cule d'ATP est galement n cessaire pour dynamiser le pont crois de la myosine pour le d veloppement de la force. Le syst me nerveux ent rique contr le de nombreux aspects de la fonction gastro-intestinale, y compris la motilit . Certains enfants naissent avec des nerfs tendus dans la partie distale du c lon. L'absence de nerfs est caus e par des g nes mutants qui perturbent les signaux n cessaires la migration des nerfs embryonnaires vers le c lon. Cela peut se produire et entra ner de graves constipations. Cette affection est appel e maladie de Hirschsprung. Il peut tre corrig en retirant chirurgicalement la partie du c lon qui ne contient pas de nerfs ent riques. On dit donc que la contraction du muscle lisse est r gul e par un filament pais, ce qui contraste avec la r gulation par un filament mince de la contraction du muscle stri , o la liaison du Ca++ la troponine expose les sites de liaison de la myosine sur le filament mince d'actine. La r gulation des filaments pais est attribuable l'expression d'une isoforme distincte de la myosine dans le muscle lisse. Le cycle du pont crois de la myosine dans le muscle lisse est similaire celui du muscle stri dans le sens o , apr s fixation au filament d'actine, le pont crois subit une action de cliquet dans laquelle le filament fin est tir vers le centre du filament pais et la force est g n r . L'ADP et le Pi sont lib r s de la t te de myosine ce moment-l , permettant ainsi l'ATP de se lier. L'ATP diminue l'affinit de la myosine pour l'actine, ce qui permet la lib ration de la myosine par l'actine. L' nergie de l'ATP nouvellement li est ensuite utilis e pour produire un changement de conformation dans la t te de myosine (c'est- -dire r armer la t te) afin que le pont transversal soit pr t pour un autre cycle de contraction. Le cycle des ponts crois s se poursuit tant que le pont crois de la myosine reste phosphoryl . Notez que bien que les quatre tapes de base du cycle cross-bridge semblent tre les m mes pour les muscles stri s et lisses, la cin tique du cycle cross-bridge est beaucoup plus lente pour les muscles lisses. Le cycle cross-bridge se poursuit avec l'hydrolyse de 1 mol cule d'ATP par cycle jusqu' myoplasmique [Ca++] tombe. Avec la diminution de [Ca++], MLCK devient inactif et les ponts crois s sont d phosphoryl s par MP (voir Figure 14.7 Fig. 14.4, les filaments minces du muscle lisse sont attach s des corps denses, et les filaments pais de myosine semblent r sider entre deux corps denses et chevaucher une partie des filaments minces, un peu comme le chevauchement des filaments pais et fins dan |
Physiologie de Ganong et Levy | s le sarcom re de muscle stri . On pense qu'un arrangement bipolaire de mol cules de myosine dans le filament pais permet aux ponts crois s de myosine de tirer les filaments d'actine vers le centre du filament pais, contractant ainsi le muscle lisse et d veloppant ainsi une force. D'un point de vue structurel, la myosine des muscles lisses est similaire la myosine des muscles stri s dans la mesure o elles contiennent toutes deux une paire de cha nes lourdes et deux paires de cha nes l g res. Malgr cette similitude, ils repr sentent des produits g n tiques diff rents et ont donc des s quences d acides amin s diff rentes. Comme indiqu , la myosine des muscles lisses, contrairement la myosine des muscles squelettiques, est incapable d'interagir avec le mince filament d'actine moins que la cha ne l g re r gulatrice de la myosine ne soit phosphoryl e. De plus, le mince filament du muscle lisse manque de troponine, qui joue un r le important. 14.7 R gulation des myosides des muscles lisses dans les interactions avec l'actine par Ca++- phosphorylation stimul e. l' tat d tendu, les ponts crois s sont repr sent s sous la forme d'un complexe myosine-ADP Pi haute nergie en pr sence d'ATP. Les ponts font un cycle jusqu' ce qu'ils soient d phosphoryl s par la myosinphosphatase. Notez que la phosphorylation par pont crois sur un site sp cifique de la cha ne l g re r gulatrice de l'amyosine n cessite de l'ATP en plus de celle utilis e dans chaque interaction cyclique avec l'actine. r le essentiel dans la r gulation par filaments fins de la contraction des muscles stri s (voir Bien que le Ca++ intracellulaire soit n cessaire la contraction des muscles lisses, la sensibilit de la contraction au Ca++ est variable. Plusieurs hormones/agonistes, par exemple, augmentent la force de contraction un [Ca++] intracellulaire sous-maximal donn , entra nant ainsi une sensibilisation au Ca++ ( Figue. 14.8 ). La sensibilisation au Ca++ est repr sent e par un d placement vers la gauche de la d pendance au Ca++ de la contraction des muscles lisses (voir Fig. 14.8B ) et peut survenir en r ponse une diminution de l'activit MP un [Ca++] intracellulaire donn . De m me, une augmentation de l'activit MP un [Ca++] intracellulaire donn favorise un d placement vers la droite de la d pendance au Ca++ de la contraction des muscles lisses, entra nant une d sensibilisation au Ca++ (voir Figure 14.8B ). Des changements r ciproques dans les activit s de MP et MLCK peuvent survenir, comme le montre Fig. 14.8A, o la stimulation de la cascade de signalisation ROK par un agoniste peut simultan ment inhiber MP et stimuler MLCK un [Ca++] intracellulaire donn , augmentant ainsi la sensibilit de contraction au Ca++ (c'est- -dire la sensibilisation au Ca++). Figue. 14,8A ).RhoAactive la Rhokinase (ROK), qui son tour inhibe la MP par des m canismes directs et indirects. L'inhibition directe de la MP par la ROK activ e implique la phosphorylation de la ROK sur la myosine. sous-unit de liaison (MBS) de MP. L'inhibition indirecte de MP par la ROK activ e implique la phosphorylation de CPI-17, une prot ine endog ne de 17 kDa, qui inhibe ensuite le MP. Les hormones/agonistes tels que les cat cholamines (agissant sur les r cepteurs 1-adr nergiques), la vasopressine, l'endoth line, l'angiotensine et les agonistes muscariniques augmentent la sensibilit de la contraction des muscles muets au Ca++ gr ce l'activation de la signalisation RhoA/ROK. ROK peut galement tre activ e par l'acide arachidonique et inhib e par le Y 27632, un inhibiteur hautement sp cifique (voir Fig.14.8A). Bien que non illustr Fig.14.8, le RhoAinactif est g n ralement situ dans le cytosol, li au PIB et une prot ine inhibitrice (inhibiteur de dissociation Rho-GDP [GDI]). Liaison de l'agoniste diff rents G Les r cepteurs coupl s peuvent activer RhoA en stimulant le facteur d' change de nucl otide guanine (GEF) pour produire du RhoA GTP, qui se localise sur le sarcolemme et active le ROK. l'inverse, la stimulation de l'activit MP r duit la sensibilit Ca++ de la contraction du muscle lisse, favorisant ainsi la relaxation (et donc la vasodilatation). L'hyperactivit de la cascade de signalisation RhoA/ROK a t impliqu e dans diverses conditions pathologiques telles que la tension art rielle et le vasospasme. L'hyperactivit de RhoA/ROK dans le muscle lisse vasculaire d'animaux hypertendus, par exemple, s'est manifest e par des niveaux accrus de RhoA activ , une r gulation positive de la ROK, une am lioration du Ca++ induit par l'agoniste. sensibilisation la contraction et r duction plus importante de la pression art rielle par les inhibiteurs de la ROK par rapport aux contr les normotensifs. Une tendance similaire a t observ e chez l'homme, dans la mesure o les inhibiteurs de la ROK ont diminu la r sistance vasculaire de l'avant-bras chez les patients hypertendus dans une plus grande mesure que lors des contr les normoten |
Physiologie de Ganong et Levy | sifs. inverser ou pr venir les spasmes c r braux et coronariens induits exp rimentalement, ainsi que les spasmes associ s r gulation positive de RhoA/ROK et augmentation de myos la lumi re phosphorylation en cha ne. L'hyperactivit de RhoA/ROK a galement t impliqu e dans l'asthme bronchique, la dysfonction rectile et le travail pr matur , comme en t moignent les effets des inhibiteurs de ROK. De plus, les inhibiteurs de ROK ont diminu la prolif ration des muscles lisses vasculaires et r duit la rest nose apr s une angioplastie par ballonnet dans l'art re carotide du rat. Au cours d'une contraction phasique, la [Ca++] myoplasmique, la phosphorylation par pont crois et la force atteignent un pic puis reviennent la ligne de base ( Figure 14.9 ). En revanche, lors d une contraction tonique, la phosphorylation myoplasmique [Ca++] et les ponts crois s diminuent apr s un pic initial mais ne reviennent pas aux niveaux de base. Au cours de cette phase ult rieure, la force augmente lentement et se maintient un niveau lev (voir 14.9). Cette force soutenue est maintenue avec seulement 20 30 % des ponts transversaux phosphoryl s, ce qui r duit l'utilisation de l'ATP. Le terme tat de verrouillage fait r f rence cette condition de contraction tonique pendant laquelle la force est maintenue avec une faible d pense nerg tique. P P Ins(1,4,5)P3 Ca++ SR Ca++ CaM MLCK MLC MLC P GEFs Rho Rho-kinase CPI-17 CPI-17 MBS M20 cat MBS Inactif Actif Contraction M20 cat MP Y27632 GTP ? AA Automate GqG12/13 Fig. 14.8 Signalisation Rho kinase (ROK) dans le muscle lisse. A, AvarietyophagonistsofG des r cepteurs coupl s stimulent simultan ment la production d'InsP3 et activent RhoA Signalisation ROK. InsP3 (Ins [1,4,5] P3) est produit par la phospholipase C (PLC) - hydrolyse m di e de PIP2. InsP3 augmente intracellulaire [Ca ++] en ouvrant des canaux Ca ++ d clench s par Ins P3 dans le r ticulum sarcoplasmique (SR), ce qui entra ne une calmoduline Ca ++ - activation d pendante de myosinlight cha ne kinase (MLCK) et la phosphorylation ult rieure de la cha ne l g re r gulatrice de la myosine (MLC) et la promotion de l'interaction actine-myosine (contraction). RhoA activ (repr sent comme Rho GTP) stimule la ROK, qui inhibe la myosinphosphatase (MP) en phosphorylant la sous-unit de liaison la myosine (MBS) de la MP.ROK inhibe galement la MP indirectement en phosphorylant/activant le CPI-17, a17- kDaininhibiteurdeMP.L effetnetdelaphosphorylationdeROKestunediminutiondel activit MP,cequientra neuneaugmentationduniveaudemyos lalumi re phosphorylation en cha ne (MLCP) et donc une plus grande force de contraction donn e dans le [Ca++] intracellulaire (c'est- -dire une sensibilit accrue de la contraction au Ca++). Sensibilisation B, Ca++ fait r f rence une augmentation de la force de contraction donn e dans le [Ca++] intracellulaire et est repr sent comme un d placement vers la gauche dans la d pendance en C a++ de la contraction du muscle lisse. Ca++ la sensibilisation peut r sulter d'une diminution de l'activit MP et/ou d'une augmentation de l'activit MLCK donn e dans le [Ca++] intracellulaire (comme indiqu dans la cascade de signalisation ROK dans le panneau A). l'inverse, la d sensibilisation au Ca++ fait r f rence une diminution de la force de contraction donn e dans le [Ca++] intracellulaire et est repr sent comme un d placement vers la droite de la d pendance au Ca++ de la contraction. AA, acide arachidonique ; CaM, Ca++ - complexe calmodulin ; cat, sous-unit catalytique de la myosinphosphatase ; G12/13 et Gq, prot ines G h t rotrim riques ; GEF, guanine facteur d' change de nucl otides ; M20, sous-unit de la myosinphosphatase ; MP, complexe de la myosinphosphatase ; Y27632, inhibiteur commercial de la ROK. (From Fukata Yetal. Trends Pharmacol Sci 2001 ; 22 : 32-39.) Fig. 14.9 D roulement des v nements en cross activation du pont et contraction dans les muscles lisses. ed[Ca++] (et donc un faible niveau de myos dans la phosphorylation des cha nes l g res), avec des taux de cycle de pont crois inf rieurs se manifestant par des vitesses de raccourcissement et une consommation d'ATP plus faibles. On pense que l tat de verrouillage refl te un ralentissement du cycle de pont crois , de sorte que les t tes de myosine restent en contact avec le filament d actine plus longtemps, maintenant ainsi la tension faible co t nerg tique. Notez que le [Ca++] intracellulaire tombe un niveau faible pendant la phase tonique de contraction, bien qu'il soit toujours au-dessus du [Ca++] au repos/basal. On pense que le m canisme contribuant la capacit du muscle lisse maintenir une force intracellulaire faible [Ca++] pendant la contraction tonique implique la d phosphorylation de la cha ne l g re r gulatrice de la myosine tandis que le pont crois de la myosine est attach au filament d'actine, ce qui entra ne un ralentissement de la force. le taux de dissociation de la myosine de l'actine, |
Physiologie de Ganong et Levy | permettant la myosine de passer plus de temps dans une conformation attach e et g n ratrice de force. La relaxation du muscle lisse suite une contraction tonique se produit lorsque le [Ca++] intracellulaire diminue jusqu' un niveau qui emp che une phosphorylation nette de la cha ne l g re r gulatrice par MLCK. Il a galement t propos que Caldesmon puisse participer la transition vers l' tat de verrouillage. Comme d j indiqu , la consommation d ATP est r duite pendant l tat de verrouillage. Dans ces conditions, le muscle lisse utilise 300 fois moins d ATP que n en aurait besoin le muscle squelettique pour g n rer la m me force. Le muscle lisse, comme le muscle squelettique, a besoin d'ATP pour le transport des ions afin de maintenir le potentiel membranaire au repos, de s questrer le Ca++ dans le SR et d'extruder le Ca++ de la cellule. Tous ces besoins m taboliques sont facilement satisfaits par la phosphorylation oxydative. La fatigue des muscles lisses ne se produit que si la cellule est priv e d'oxyg ne. Cependant, la glycolyse a robie avec production d acide lactique prend normalement en charge les pompes ioniques membrane m me lorsque l oxyg ne est abondant. R gulation de la concentration de calcium myoplasmique Les m canismes qui couplent l'activation la contraction dans le muscle lisse impliquent deux sources de Ca++ : l'une impliquant le sarcolemme et l'autre impliquant le SR. Le sarcolemme r gule l afflux et l efflux de Ca++ du pool extracellulaire de Ca++. Les membranes SR d terminent le mouvement du Ca++ entre le myoplasme et le pool SR. La contraction des muscles squelettiques ne n cessite pas de Ca++ extracellulaire (voir ). En revanche, le Ca++ extracellulaire est important pour la contraction des muscles lisses. Ainsi, la r gulation du [Ca++] myoplasmique implique non seulement le SR mais aussi le sarcolemme ( 14.10). Un certain nombre de facteurs peuvent modifier la fonction myoplasmique Na+-K+ pompe 2K+ 3 Na+ Ca++ MLCK off CaCM CM ATP R cepteur activ CaCM*MLCK ATP G G R ticulum sarcoplasmique Temps IP3 PIP2 3Na Cellule Ca++ Neurotransmetteur ou hormone Neurotransmetteur ou hormone Canal Ca++ Remplissage ATP ? Figue. 14h10 Principaux m canismes qui d terminent le [Ca++] myoplasmique dans le muscle lisse. La lib ration de calcium du cr ticulum du sarcoplasme (SR) est un v nement initial rapide d'activation, tandis que le SR et le sarcolemme participent au stimulus ult rieur. r gulation d pendante du [Ca++ myoplasmique]. Le sarcolemme int gre de nombreux intrants excitateurs et inhibiteurs simultan s pour gouverner la r ponse cellulaire. Des m canismes de r gulation peuvent modifier l'activit de diverses pompes, changeurs ou enzymes (l'ast risque d signe des cas bien tablis). Le label ATP indique que le processus n cessite une hydrolyse de l'ATP ; le point d'interrogation sur le sarcolemme fait r f rence la voie du Ca ++ importante pour le remplissage du SR (c'est- -dire le Ca ++ exploit en magasin entr e [SOCE]), qui semble impliquer l interaction d un Ca++- mol cule d'interaction stromale sensible (STIM) sur le SR et le canal Ca++ du sarcolemme Orai.CaCM, Ca++- calmodulincomplexe ; G, prot ines de liaison aux nucl otides guanine ; IP3, inositol1,4,5- trisphosphate ; MLCK, myosinlight-chainkinase ; PIP2, phosphatidylinositolbisphosphate ; PLC, phospholipaseC. Une contraction inappropri e des muscles lisses est associ e de nombreuses situations pathologiques. Un exemple est un vasospasmo facial qui se d veloppe dans une art re c r brale qui se d veloppe plusieurs heures apr s une h morragie sous-arachno dienne. ecells.La mont e du [Ca++] myoplasmique active MLCK, ce qui conduit au croisement ponter la phosphorylation et la contraction. La vasoconstriction prive d'autres zones du cerveau d'oxyg ne et peut entra ner des l sions permanentes, voire la mort des neurones environnants. Pendant quelques jours, l'art re c r brale reste sensible aux agents oactifs, et par cons quent, un traitement avec des vasodilatateurs peut restaurer le flux. une sphorylation a t observ e au cours d'un spasme c r bral. L'administration d'inhibiteurs de ROK favorise la relaxation. supprime les spasvasos et diminue le niveau de myos la lumi re phosphorylation en cha ne. Les cellules musculaires lisses cessent de r pondre aux vasodilatateurs apr s plusieurs jours, et elles perdent des prot ines contractiles et s cr tent du collag ne extracellulaire. La lumi re du c ur reste resserr e en raison de changements structurels et m caniques qui n'impliquent pas de contraction active. [Ca++] du muscle lisse. Cela diff re du muscle squelettique, dans lequel la lib ration de Ca++ induite par le potentiel d'action du SR active compl tement l'appareil contractile. Le r le du SR du muscle lisse dans la r gulation du [Ca++] myoplasmique est comparable celui du muscle squelettique. La stimulation de la cellule ouvre les canaux SR Ca++ et la [Ca++] myoplasmique augmente rapidement. |
Physiologie de Ganong et Levy | Cette lib ration n'est pas li e des capteurs de tension, comme c'est le cas dans le muscle squelettique, mais la liaison du deuxi me messager. InsP3 aux r cepteurs du SR. InsP3 est g n r par un stimulus qui agit sur les r cepteurs sarcolemmeaux coupl s via une prot ine de liaison aux nucl otides guanine (prot ine G) pour activer la phospholipase C (PLC) (voir ). PLC hydrolyse le phospholipide membranaire phosphatidylinositol bisphosphate (PIP2) en InsP3 et diacylglyc rol. InsP3 diffuse ensuite vers le SR et ouvre le canal Ca++ d clench par InsP3, entra nant ainsi la lib ration de Ca++ du SR dans le myoplasme. Ce processus complexe peut permettre une lib ration progressive de Ca++ partir du SR et galement permettre de nombreux neurotransmetteurs et hormones diff rents d'effectuer la contraction des muscles lisses. Le calcium est r accumul par le SR gr ce l'activit du SERCA, bien que comme indiqu plus loin, l'extrusion du Ca++ de la cellule musculaire lisse contribue galement la r duction du [Ca++] myoplasmique. Le remplissage du SR avec du Ca++ implique non seulement une r accumulation de Ca++ cytosolique mais d pend galement du [Ca++] extracellulaire. On pense que la d pendance au [Ca++] extracellulaire refl te le fonctionnement d un canal Ca++ exploit en magasin pr sent dans le sarcolemme en des points proches du SR sous-jacent appel SR jonctionnel. Une vari t d hormones et de neurotransmetteurs l vent le [Ca++] myoplasmique en stimulant la production d InsP3. Le muscle lisse vasculaire, par exemple, est innerv par les fibres sympathiques du syst me nerveux autonome. Ces fibres utilisent la nor pin phrine comme neurotransmetteur qui, une fois lib r e, se lie aux r cepteurs 1-adr nergiques des cellules musculaires lisses vasculaires et entra ne une activation du PLC d pendante de la prot ine G. L'activation du PLC entra ne la production d'InsP3, qui active le canal Ca++ d clench par InsP3 dans le SR, levant ainsi le [Ca++] myoplasmique et provoquant une vasoconstriction. D'autres agents qui favorisent la vasoconstriction en activant la cascade InsP3 comprennent l'angiotensine II et la vasopressine. Le d veloppement de m dicaments qui bloquent la production d'angiotensine II (par exemple, les inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine [ECA]) constitue un moyen de favoriser la vasodilatation, ce qui est important pour les personnes souffrant d'hypertension ou d'insuffisance cardiaque congestive. Comme mentionn pr c demment, divers agents peuvent produire une contraction du muscle lisse sans alt rer le potentiel membranaire (c'est- -dire le couplage pharmacom canique). L'activation induite par un agoniste de la cascade InsP3 repr sente un exemple de couplage pharmacom canique. De nombreuses hormones/agonistes qui activent le PLC via des r cepteurs coupl s aux prot ines G favorisent galement l afflux de Ca++ sarcolemme et l activation de RhoA/ROK. L'effet net est une augmentation du [Ca++] intracellulaire, qui active MLCK, concomitante une augmentation de l'activit ROK, qui inhibe la MP, qui agissent toutes deux de mani re compl mentaire pour augmenter le niveau de phosphorylation des cha nes l g res de la myosine. Fig.14.11). Plus pr cis ment, l'EDHF semble tre un m tabolite de l'acide rachidonique (par exemple, l'acide poxyeicosatri no que [EET]) produit par les cellules endoth liales en r ponse divers stimuli, puis lib r dans le muscle lisse du vaisseau sous-jacent. (par exemple, TRPV4) dans le sarcolemme du muscle lisse qui conduit l'afflux de Ca++ , ce qui ouvre ensuite les canaux RYR dans le SR et entra ne des tincelles Ca++. Les tincelles Ca++ activent leur tour une grande conductance K+ canal dans le sarcolemme (BKCa), et la cellule musculaire lisse devient hyperpolaris e. L'hyperpolarisation diminue son tour l'influx basal de Ca ++ gr ce au Ca ++ d pendant du potentiel. canaux dans le muscle lisse, diminuant ainsi le [Ca++] intracellulaire et relaxant ainsi le muscle lisse, comme d crit pr c demment. En plus du r cepteur InsP3, le SR contient galement le canal Ca++ d clench par le Ca++, galement appel RYR, qui peut tre activ pendant les p riodes d'afflux de Ca++ travers le sarcolemme. Ouverture spontan e de courte dur e du RYR 11,12 EET COOH Fig. 14.11 Le m tabolite de l'acide anarachidonique (acide 11,12- poxyeicosatri no que [11,12EET]) lib r par les cellules endoth liales peut ouvrir le canal des r cepteurs transitoires TRP V4 dans le muscle lisse sous-jacent pour permettre l'afflux de Ca++ , qui son tour initie de br ves ouvertures du r cepteur SRryanodine (Ca++ tincelles)localis es proximit du sarcolemme.Ouverture du K+ activ par Ca++ Les canaux du sarcolemme par des tincelles de calcium entra nent une hyperpolarisation du muscle lisse, d'o une vasodilatation. BKCa, un canal potassique activ par le Ca++ grande conductance. (FromEarleySetal.Circ Res 2005;97 :1270-1279.) entra nant des l vations |
Physiologie de Ganong et Levy | localis es du [Ca++] myoplasmique se produit dans de nombreuses cellules, y compris les muscles lisses. Lorsqu'elles sont observ es avec des colorants fluorescents sensibles au Ca++, ces l vations localis es spontan es du [Ca++] myoplasmique produisent de brefs clairs lumineux et sont par cons quent appel es tincelles de Ca++. Dans le muscle lisse, une augmentation de l'AMPc a t associ e une augmentation de la fr quence des tincelles de Ca++, en particulier dans les situations dans lesquelles le SR est tr s proche du sarcolemme (c'est- -dire le SR jonctionnel, peut- tre pr s des cav oles). Une augmentation de la fr quence de ces tincelles hyperpolarise le muscle lisse vasculaire par activation d'un canal K+ grande conductance Ca++-d pendant dans le sarcolemme. Cette hyperpolarisation diminue alors globalement le [Ca++] myoplasmique et une relaxation se produit. Le calcium est extrud de la cellule musculaire lisse par l'activit de la Ca++-ATPase sarcolemme et par un antiporteur 3Na+-1Ca++ (c'est- -dire que 3 ions Na+ entrent dans la cellule pour chaque ion Ca++ extrud ). L'extrusion de Ca++ de la cellule entre en comp tition avec la s questration de Ca++ dans le SR par SERCA et r duit ainsi l'accumulation de Ca++ dans le SR. Lorsque le [Ca++] dans le SR diminue, on pense que le SR initie un afflux de Ca++ dans la cellule via un processus appel entr e de Ca++ exploit e en magasin (SOCE) pour faciliter le remplissage du SR. Plus pr cis ment, la mol cule d'interaction stromale 1 (STIM1) dans le SR est suppos e surveiller le SR [Ca++], puis initier Influx de Ca++ travers la prot ine du canal sarcolemme Orai via une interaction prot ine-prot ine. Ainsi, on pense que l afflux de Ca++ pendant la SOCE se produit dans l espace confin entre les cav oles et le SR p riph rique du muscle lisse. Des tudes r centes soul vent la possibilit que la SOCE m di e par STIM1-Orai puisse galement contribuer l'augmentation du Ca++ intracellulaire transitoire dans le muscle lisse apr s la stimulation des r cepteurs 1-adr nergiques. Le complexe Stim1-Orai a galement t impliqu dans le remodelage du muscle lisse dans des conditions pathologiques telles que la rest nose suite une angioplastie par ballonnet. En plus des effets stimulants de divers agents sur les canaux Ca++ du sarcolemme et les cascades InsP3, il existe plusieurs facteurs inhibiteurs qui abaissent le [Ca++] myoplasmique et d tendent ainsi les muscles lisses. Par exemple, la classe dihydropyridine des m dicaments bloquant les canaux Ca++ diminue l afflux de Ca++ travers les canaux Ca++ sarcolemmels de type L voltage-d pendants et r duit le tonus vasomoteur. De m me, les m dicaments qui ouvrent les canaux K+ dans le sarcolemme (par exemple l hydralazine) favorisent la relaxation (par exemple la vasodilatation) en hyperpolarisant le potentiel membranaire, ce qui r duit l afflux de Ca++ travers les canaux Ca++ voltage-d pendants. l inverse, les agents qui diminuent la perm abilit au K+ du sarcolemme peuvent favoriser la vasoconstriction en induisant une d polarisation membranaire, ce qui augmente alors l afflux de Ca++ travers ces m mes canaux Ca++ voltage-d pendants. Le muscle lisse contient galement des canaux Ca++ activ s par les r cepteurs. La conductance de ces canaux Ca++ activ s par les r cepteurs est li e l'occupation du r cepteur. Une vari t de m dicaments et d hormones d tendent les muscles lisses en augmentant les concentrations cellulaires d AMPc ou de GMPc. L'oxyde nitrique (NO) est produit par les nerfs et les cellules endoth liales vasculaires et d tend les muscles lisses en augmentant le GMPc ( 14.12 ). L'ac tylcholine lib r e par les fibres parasympathiques provoque une vasodilatation dans certains lits vasculaires en stimulant la production de NO par les cellules endoth liales vasculaires. La contrainte de cisaillement et l'ad nosine (par exemple, lib r e par l'exercice musculaire) peuvent galement favoriser la lib ration de NO par les cellules endoth liales vasculaires. Les m canismes mol culaires sous-jacents la relaxation du muscle lisse vasculaire d pendant du GMPc sont complexes et impliqueraient (1) l'inhibition de la production d'InsP3, (2) l'inhibition du r cepteur InsP3, (3) l'activation de la phosphatase de cha ne l g re de myosine et (4) l'activation du canal K+ activ par Ca++ (BKCa), qui favorise l'hyperpolarisation des cellules et inhibe ainsi l'afflux de Ca++ via les canaux Ca++ voltage-d pendants. De m me, l' l vation de l'AMPc dans le muscle lisse vasculaire par l'activation des r cepteurs -adr nergiques ou des r cepteurs de l'ad nosine favorise la vasodilatation par le biais de multiples m canismes, notamment (1) une diminution de l'affinit du MLCK pour le Ca++/calmoduline, (2) une diminution de la concentration cytosolique [Ca++] et/ ou (3) une activit accrue des d put s. La diminution de l'affinit de MLCK pour Ca++/calmoduline suite une l vation de l'AMPc implique une phosphoryla |
Physiologie de Ganong et Levy | tion d pendante de la prot ine kinase A (PKA) de MLCK. La capacit de la PKA r duire le [Ca++] cytosolique est complexe et peut impliquer l'activation des canaux potassiques (par exemple, les canaux potassiques d pendants de l'ATP), entra nant une hyperpolarisation du muscle lisse et donc une diminution de l'afflux de Ca++ via les canaux Ca++ d pendants du potentiel. Il a galement t d montr que l'AMPc augmente la fr quence des tincelles de Ca++ dans le muscle lisse vasculaire, ce qui, comme d crit pr c demment, hyperpolarise le potentiel membranaire par activation des canaux K+ d pendants du Ca++, r duisant ainsi l'afflux de Ca++ via les canaux Ca++ d pendants du potentiel. L'AMPc peut galement favoriser la relaxation des muscles lisses en augmentant l'activit de MP (soit par phosphorylation d pendante de la PKA d'une sous-unit de MP, soit par inhibition de ROK). L'inhibition de la ROK peut se produire par phosphorylation d pendante de la PKA ou par une voie de signalisation impliquant le facteur d' change de nucl otides guanine modul par l'AMPc Epac (prot ine d' change directement activ e par l'AMPc) La relaxation des muscles lisses par l vation de l'AMPc a permis aux asthmatiques d'inverser la constriction bronchiolaire gr ce l'utilisation d'agonistes 2-adr nergiques. L'effet vasodilatateur local de l'ad nosine produit dans les muscles qui travaillent pendant les p riodes d'exercice intense a galement t attribu , au moins en partie, des taux lev s d'AMPc dans les muscles lisses vasculaires, secondaires la stimulation des muscles purinergiques induite par l'ad nosine. r cepteurs sur le sarcolemme du muscle lisse vasculaire. L'ad nosine peut galement activer un canal K+ sarcolemme pour induire une hyperpolarisation membranaire, ce qui, comme d j indiqu , diminuera l'afflux de Ca++ travers les canaux Ca++ voltage-d pendants et provoquera une vasodilatation. Ainsi, la r gulation du tonus musculaire lisse peut tre sous l'influence non seulement du syst me nerveux autonome et des hormones circulantes, mais galement des cellules endoth liales et des cellules musculaires squelettiques voisines via des substances diffusibles telles que le NO et l'ad nosine. Cat.Cat.Ca2 Ca2 IP3RICa2 Ca2 K CaV1.2BKCaCaMMLCK PDE5 RGS2 MYPT1 MLCP GMP pGC cGMP Hyper polarisation NucleuscGMP-A/B cGMP-A/B LZ LZ PKG1 NO sGC GTPGPCR IRAG ER Actine/ myosine G q IP3 PLC 12354 Fig. 14.12 M canismes de signalisation par lesquels l'oxyde d'azote (NO) et le nitroprussiate (NP) favorisent la relaxation des muscles lisses vasculaires. L'oxyde d'azote stimule la guanylcyclase soluble (sGC) dans les cellules musculaires lisses vasculaires, entra nant la production de GMPc, l'activation de la prot ine kinase G (PKG1), qui son tour phosphoryle divers substrats qui (1) inhibent l'InP3 production, (2) inhiber la lib ration de Ca ++ induite par InsP3, (3) activer myosinlight cha nephosphatase, (4) activer la grande conductance Ca ++-activ K + canal (BKCa), qui hyperpolarise la cellule et inhibe ainsi le Ca++ d pendant de la tension canal (Cav1.2)(5).BKCa, canal maxi-K activ par le calcium ; CaM, calmoduline ; Cat, domaine catalytique ; Cav1.2, canal calcique de type L ; ER, r ticulum endoplasmique ; GPCR, r cepteur de couple prot ine-G ; IP3RI, inositol1,4,5 - r cepteur trisphosphate (IP3) I ; IRAG, substrat kinase cGMP associ au r cepteur inositol trisphosphate ; LZ, leucine/isoleucinezipper ; MLCK, myosinlight-chainkinase ; MLCP, myosinlight chainphosphatase ; MYPT, r gulation myosinphosphatasetirgetingsubunit1 ; PDE5, phosphodiest rase5 ; pGC, particuleguanylylcyclase ; PLC , phospholipaseCbeta ; RGS2, r gulateur de G signalisation prot ique2 ; sGC,guanylylcyclase soluble. (Modifi partir de SchlossmannJ, DeschM.Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011 ; 301 : H672 H682.) Le flux sanguin vers les tissus tels que le cerveau est maintenu un d bit relativement constant sur une large plage de pressions art rielles gr ce un processus appel autor gulation. Le m canisme sous-jacent l'autor gulation du flux sanguin implique la r ponse myog nique, dans laquelle une augmentation de la pression de distension dans une art re entra ne une vasoconstriction, tandis qu'une diminution de la pression transmurale entra ne une vasodilatation (sur une plage de pressions donn e). Comme le montre Fig. 14.13, la distension de l'art re de r sistance a entra n une l vation imm diate du [Ca++] intracellulaire, suivie d'une vasoconstriction dans le but de maintenir un d bit relativement constant. Le m canisme sous-jacent cette l vation du [Ca++] intracellulaire et la vasoconstriction ult rieure est complexe. L augmentation des intracellulaires Il a t rapport que [Ca++] en r ponse l' tirement impliquait des canaux activ s par l' tirement, la signalisation InsP3 et des canaux Ca++ d pendants du potentiel. Au cours du d veloppement et de la croissance, le nombre de cellules musculaires lisses augmente ( 14.14 ). |
Physiologie de Ganong et Levy | La masse des tissus musculaires lisses augmente galement si un organe est soumis une augmentation soutenue du travail m canique. Cette augmentation de masse est appel e hypertrophie compensatoire. Un exemple frappant se produit avec les cellules musculaires lisses art rielles (c'est- -dire dans la tunique m diane de l'art re) chez les patients hypertendus. La charge m canique accrue sur les cellules musculaires semble tre le facteur commun qui induit cette hypertrophie. La r plication chromosomique peut entra ner un nombre important de cellules musculaires polyplo des. Les cellules polyplo des contiennent plusieurs ensembles du nombre normal de chromosomes. Ils synth tisent davantage de prot ines contractiles et augmentent ainsi la taille de la cellule (voir Figure 14.14 Le myom tre, qui est la composante musculaire lisse de l ut rus, subit une hypertrophie l approche de la parturition (naissance). Les hormones jouent un r le important dans cette r ponse. Le muscle lisse est au repos pendant la grossesse lorsque l'hormone progest rone pr domine et que peu de jonctions lacunaires qui couplent lectriquement les cellules musculaires lisses sont pr sentes. A terme, sous l'influence dominante de strog ne, le myom tre subit une hypertrophie marqu e. Un grand nombre de jonctions lacunaires se forment juste avant la naissance et convertissent le myom tre en un tissu unitaire pour coordonner la contraction pendant la parturition. La croissance et le d veloppement des tissus contenant des muscles lisses sont associ s une augmentation du tissu conjonctif 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,0 Fig. 14.14 Les cellules musculaires lisses effectuent de nombreuses activit s. A, elles conservent la capacit de se diviser pendant une croissance normale ou une pathologie certaine. des r ponses logiques telles que la formation d'une plaque ath roscl reuse. B, les cellules peuvent galement s'hypertrophier en r ponse une augmentation des charges. La r plication chromosomique non suivie par la division cellulaire donne des cellules avec un contenu plus lev en prot ines contractiles. Bien que les muscles lisses soient impliqu s dans les ajustements physiologiques li s l'exercice, les changements soutenus dans la charge m canique qui induisent des adaptations cellulaires sont g n ralement le r sultat d'un tat pathologique (par exemple, l'hypertension). hypertrophie de la prostate, qui obstrue l' coulement de la vessie. Le r sultat clinique est une difficult uriner, Fig. 14.13 La r ponse myog nique des muscles lisses vasculaires est une r ponse autor gulatrice pour maintenir un flux constant vers les tissus. Une augmentation de la pression transmurale (TMP ; panneau sup rieur) l ve le [Ca++] intracellulaire (panneau du milieu), ce qui entra ne une vasoconstriction (panneau inf rieur). Notez que l augmentation de la pression transmurale tire initialement l art re de r sistance musculaire squelettique (panneau inf rieur), mais ceci est rapidement suivi d une vasoconstriction. Les cellules musculaires lisses peuvent synth tiser et s cr ter les mat riaux qui composent cette matrice, notamment le collag ne, l' lastine et les prot oglycanes (voir 14.14 ). Les capacit s de synth se et de s cr tion sont videntes lorsque les cellules musculaires lisses sont isol es et plac es en culture tissulaire. Les cellules rapidement Dans cette situation, la capacit du muscle lisse de la vessie se contracter et d velopper un stress est diminu e. tout se produit. Les modifications neuromusculaires affectent galement la mobilisation myoplasmique du Ca ++ et la phosphorylation des ponts crois s. Heureusement, la structure et la fonction normales sont g n ralement restaur es une fois l obstruction vit e. perdent les filaments pais de myosine et une grande partie du r seau de filaments fins, et il y a une expansion du r ticulum endoplasmique rugueux et de l'appareil de Golgi. Les cellules ph notypiquement alt r es se multiplient et forment du tissu conjonctif. Ce processus est r versible et un certain degr de rediff renciation avec formation de filaments pais se produit apr s la fin de la r plication cellulaire. Les d terminants du ph notype des cellules musculaires lisses sont en grande partie inconnus, mais les hormones et les facteurs de croissance pr sents dans le sang, ainsi que les charges m caniques exerc es sur les cellules, ont t impliqu s dans le contr le de la modulation ph notypique. Ath roscl rose est une maladie caract ris e par des l sions situ es dans la paroi des vaisseaux sanguins. Les l sions sont induites par des troubles qui blessent l'endoth lium, tels que l'hypertension, le diab te et le tabagisme. Trois l ments form s (monocytes, lymphocytes et plaquettes) qui circulent dans la circulation sanguine agissent sur l'endoth lium vasculaire endommag . des facteurs technologiques motactiques et des mitog nes qui modifient la structure des cellules musculaires lisses environnantes. Ces derni res |
Physiologie de Ganong et Levy | poss dent la plupart de leurs filaments pais et fins et d veloppent un r ticulu endoplasmique rugueux et un complexe golgi plus tendus. Ces cellules migrent vers l'espace sous-endoth lial (c'est- -dire la tunique m diane de l'art re), prolif rent et participent l'information. Il a t d montr que l'inhibition ou la r gulation n gative de la rhokinase (ROK) favorise la r gression de l'ath roscl rose. comme les l sions dans un mod le animal. Le m canisme ou les m canismes sous-jacents cet effet b n fique de l inhibition de la ROK ne sont pas clairs, mais peuvent tre li s la r gulation de la perm abilit endoth liale et de la migration des monocytes par la ROK. L'hyperactivit de la ROK a t impliqu e dans diverses conditions pathologiques, notamment une perm abilit transendoth liale accrue (peut- tre secondaire une augmentation de l'actomyosinactivit ), tandis qu'il a t d montr que l'inhibition de la ROK augmentait la migration transendoth liale des monocytes et des neutrophiles. Propri t s biophysiques du muscle lisse Le muscle lisse contient de grandes quantit s de tissu conjonctif compos de fibrilles d' lastine extensibles et de fibrilles de collag ne inextensibles. Parce que cette matrice extracellulaire peut r sister des forces ou charges de distension lev es, elle est responsable de la courbe passive longueur-tension mesur e dans les tissus d tendus. Cette capacit de la matrice limite galement le volume des organes. Lorsque les longueurs sont normalis es la longueur optimale pour le d veloppement de la force (c'est- -dire L0), les courbes longueur-tension des muscles lisses et squelettiques sont tr s similaires ( 14.15 ). Cependant, les courbes longueur-tension des muscles stri s et lisses diff rent quantitativement. Par exemple, les cellules musculaires lisses raccourcissent davantage que les cellules musculaires squelettiques. De plus, le muscle lisse n est g n ralement que partiellement activ et la force isom trique maximale atteinte varie en fonction du stimulus. Dans le muscle squelettique, le stimulus (c'est- -dire le potentiel d'action) produit toujours une contraction compl te. Le muscle lisse peut g n rer une force active comparable celle du muscle squelettique, m me si le muscle lisse ne contient qu environ un quart de myosine. Cela n implique pas que les ponts transversaux des muscles lisses aient une plus grande capacit de g n ration de force. Au lieu de cela, les ponts transversaux actifs dans le muscle lisse sont beaucoup plus susceptibles d' tre en 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Po = 2,22 0,17 106 dynes/cm2 N = 11 Fig. 14.15 D pendance de la longueur de la contraction du muscle lisse montre une cloche La longueur musculaire optimale (Lo) a t d termin e graphiquement par la longueur laquelle la tension maximale (Po) a t d velopp e. Cercles rouges, tension passive; cercles bleus, tension active ,triangles,tension totale;(FromHerlihyJT,MurphyRA.Circ. Res. 1973;33:275-283.) la force attach e g n rant une configuration en raison de leur cin tique de cyclage lente. Les muscles lisses et stri s pr sentent tous deux une d pendance hyperbolique de la vitesse de raccourcissement la charge. Cependant, les vitesses de contraction sont beaucoup plus lentes dans les muscles lisses que dans les muscles stri s. Un facteur l origine de ces vitesses lentes est que l isoforme de la myosine dans les cellules musculaires lisses a une faible activit ATPase. Les cellules musculaires squelettiques ont une courbe force-vitesse dans laquelle les vitesses de raccourcissement sont d termin es uniquement par la charge et l'isoforme de la myosine (voir ). En revanche, la force et la vitesse de raccourcissement, qui refl tent le nombre de ponts cyclables et leurs vitesses de cyclage, varient dans le muscle lisse. Lorsque l activation des muscles lisses est modifi e, par exemple, par diff rentes fr quences de stimulation nerveuse ou par des changements de concentrations hormonales, une famille de courbes vitesse-contrainte peut tre d riv e ( 14.16 ). Cela implique que les taux de cyclage des ponts crois s et le nombre de ponts crois s actifs dans le muscle lisse sont r gul s d'une mani re ou d'une autre, Vo(% du maximum) Vitesse (% du maximum) Contrainte (% du max) Fig. 14,16 A, force Courbes de vitesse pour les cellules musculaires squelettiques humaines rapides et lentes et les muscles lisses. B, les muscles lisses ont des relations force-vitesse variables qui sont d termin es par le niveau de croix stimul e par Ca ++ pontphosphorylation.C, les vitesses maximales de raccourcissement sans charge (Vo, qui repr sente les intersections sur l'ordonn en B) d pendent directement de la croix pontphosphorylation par MLCK.D, la force active/contrainte (abscisse intercepte en B) augmente rapidement avec le phosphorylatio n;une contrainte proche de la limite maximale peut tre g n r e avec seulement 20 30 % des ponts crois s l' tat phosphoryl . |
Physiologie de Ganong et Levy | ce qui contraste nettement avec le muscle stri . Cette diff rence est conf r e par un syst me de r gulation qui d pend de la phosphorylation des ponts crois s, qui son tour d pend du [Ca++] myoplasmique. tant donn que la phosphorylation des cha nes l g res de la myosine est n cessaire pour l'interaction actine-myosine dans le muscle lisse, une d pendance de la force maximale sur le degr de phosphorylation de la myosine est attendue (c'est- -dire que la phosphorylation d'un plus grand nombre de mol cules de myosine entra ne davantage d'interactions actine-myosine et donc plus de force g n r e). ). La variation de la vitesse maximale de raccourcissement en fonction du degr de phosphorylation de la myosine peut refl ter une d phosphorylation de la cha ne l g re de la myosine alors que la myosine est encore attach e l'actine, ralentissant ainsi le taux de d tachement (c'est- -dire l' tat de verrouillage) de faibles niveaux de phosphorylation. . des niveaux de phosphorylation plus lev s, la probabilit d' tats de verrouillage serait r duite et les ponts crois s de myosine seraient lib r s plus rapidement de l'actine, produisant ainsi une vitesse de raccourcissement plus lev e toutes les charges (voir Figure 14.16B 1. Les cellules musculaires lisses sont reli es par une vari t de jonctions qui remplissent la fois des r les m caniques et de communication. Ces liaisons sont essentielles dans les cellules qui doivent se contracter uniform ment. 2. Le sarcolemme joue un r le important dans les changes de Ca++ entre le liquide extracellulaire et le myoplasme. Le sarcolemme du muscle lisse contient de nombreuses cav oles qui contribuent la r gulation du [Ca++] intracellulaire et semblent galement servir d' chafaudage pour les mol cules de signalisation. Le r ticulum sarcoplasmique (SR) contient un pool intracellulaire de Ca++ qui peut tre mobilis pour augmenter de mani re transitoire le [Ca++] myoplasmique. Le [Ca++] myoplasmique d pend du Ca++ extracellulaire. Les transporteurs du sarcolemme qui r gulent le [Ca++] myoplasmique comprennent les canaux Ca++ m di s par les r cepteurs, les canaux Ca++ voltage-d pendants, la Ca++-ATPase et l'antiporteur 3Na+1Ca++. Le SR r gule galement le [Ca++] myoplasmique. Les canaux Ca++ du SR s'ouvrent en r ponse un produit chimique. Les neurotransmetteurs ou hormones qui agissent via les r cepteurs du sarcolemme peuvent activer la phospholipase C (PLC), suivie de la g n ration du deuxi me messager, l'inositol 1,4-triphosphate (InsP3). InsP3 active ensuite les canaux Ca++ contr l s par InsP3 sur le SR. De nombreux agonistes qui activent le PLC via les r cepteurs coupl s aux prot ines G activent galement la cascade de signalisation RhoA/Rho kinase (ROK), augmentant ainsi la sensibilit de la contraction des muscles lisses au Ca++. Le muscle lisse SR contient galement des canaux Ca++ d clench s par Ca++ (r cepteur de la ryanodine [RYR]). Le Ca++ se r accumule dans le SR via SERCA (r ticulum endoplasmique sarcoplasmique Ca++ ATPase). 3. Les muscles lisses contiennent des unit s contractiles constitu es de petits groupes de filaments pais de myosine qui s'interdigisent avec un grand nombre de filaments minces attach s des quivalents de la ligne Z appel s corps denses ou zones denses membranaires. Aucune striation n'est vidente. La contraction est provoqu e par un m canisme de pont crois filament coulissant. 4. La contraction du muscle lisse d pend la fois de la lib ration de Ca++ par le SR et de l'entr e de Ca++ travers le sarcolemme. Le muscle lisse manque de troponine. La phosphorylation des ponts crois s par une kinase de cha ne l g re de myosine d pendante du Ca++ (MLCK) est n cessaire pour la fixation au filament mince. La d phosphorylation d'un pont crois attach par la myosine phosphatase (MP) ralentit ses taux de cyclage. Un [Ca++] myoplasmique plus lev augmente le rapport entre l'activit MLCK et MP, avec pour r sultat qu'un plus grand nombre de ponts crois s restent phosphoryl s tout au long d'un cycle. Cela augmente les vitesses de raccourcissement. 5. L'activit des muscles lisses est contr l e par les nerfs (principalement autonomes), les hormones circulantes, les substances de signalisation g n r es localement, les jonctions avec d'autres cellules musculaires lisses et m me les jonctions avec d'autres cellules musculaires non lisses. Une vari t d'hormones/agonistes augmentent la sensibilit de la contraction des muscles lisses au Ca++ en r duisant l'activit de MP et en augmentant r ciproquement l'activit de MLCK un [Ca++ intracellulaire donn ]. L'activation de la cascade de signalisation RhoA/ROK contribue cette inhibition de MP et cette stimulation de MLCK, et donc l'augmentation de la sensibilit de la contraction des muscles lisses au Ca++. Les muscles lisses ont galement une capacit intrins que r pondre l tirement, ce qui est important pour l autor gulation du flux sanguin vers divers tissus. 6. La |
Physiologie de Ganong et Levy | r ponse une stimulation soutenue ou tonique est une contraction rapide suivie d'un maintien soutenu de la force avec des taux de cyclage crois s et une consommation d'ATP r duits. Ce comportement, appel tat de verrouillage, est avantageux pour les muscles qui peuvent avoir besoin de r sister une force externe continue, comme les vaisseaux sanguins, qui doivent tre capables de r sister la pression art rielle. Pendant l tat de verrouillage, l ATP est consomm moins de 1/300 du taux n cessaire pour maintenir la m me force dans le muscle squelettique. 7. Les relations longueur-tension, les relations hyperboliques vitesse-charge, les courbes de puissance de sortie et la capacit r sister aux charges impos es sont comparables celles du muscle squelettique. Les vitesses de raccourcissement et les taux de consommation d ATP sont tr s faibles dans le muscle lisse, ce qui correspond l expression d une isoforme de myosine de faible activit . Les muscles lisses ont galement la capacit inhabituelle de modifier les relations vitesse-contrainte, ce qui refl te la r gulation la fois du nombre de ponts transversaux actifs (force d terminante) et de leurs taux de cyclage moyens pour une charge donn e (vitesse d terminante). Burnstock G, Ralevic V. Signalisation purinergique et vaisseaux sanguins dans la sant et la maladie. Pharmacol R v. 2014 ;66 : 102-192. Joyner MJ, Casey DP. R gulation de l'augmentation du flux sanguin (hyper mie) vers les muscles pendant l'exercice : une hi rarchie de besoins physiologiques concurrents. Physiol Rev.2015 ;95 : 549-601. Longden TA, et al. R seaux de canaux ioniques dans le contr le du flux sanguin c r bral. J Cereb Blood Flow Metab. 2016;36 : 492-512. Momotani K, Somlyo AV. p63RhoGEF : un nouveau commutateur pour l'activation du muscle lisse m di e par G q. Tendances Cardiovasc Med. 2012;22 : 122-127. Roberts OL, Dart C. signalisation AMPc dans le syst me vasculaire : le r le de l'Epac (prot ine d' change directement activ e par l'AMPc). Biochem Soc Trans. 2014;42 :89-97. 8. Le muscle lisse est galement une cellule synth tique et s cr toire jouant un r le majeur dans la formation de la vaste matrice extracellulaire qui entoure et relie les cellules. L'hypertrophie cellulaire se produit en r ponse des besoins physiologiques et les cellules musculaires lisses conservent le potentiel de se diviser. Schlossmann J, Desch M. IRAG et nouveau ciblage PKG dans le syst me cardiovasculaire. Am J Physiol Coeur Circ Physiol. 2011;301 : H672-H682. Shimokawa H, et al. RhoA/Rho-Kinase dans le syst me cardiovasculaire. Circ R s. 2016;118 : 352-366. Somlyo AP, Somlyo AV. Sensibilit Ca2+ des muscles lisses et de la myosine II non musculaire : modul e par G prot ines, kinases et myosine phosphatase. Physiol Rev.2003;83:1325-1358. Spinelli AM, Trebak M. Signaux Ca2+ m di s par les canaux ORAI dans les muscles lisses vasculaires et des voies respiratoires. Suis J Physiol Cell Physiol. 2016;310 :C402-C413. Tinker A, et al. Le r le des canaux potassiques sensibles l'ATP dans la fonction cellulaire et la protection du syst me cardiovasculaire. Fr. J Pharmacol. 2014;171 : 12-23. SECTION 4Le syst me cardiovasculaire ACHILLES J. PAPPANO ET WITHROW GIL WIER Aper u de la r gulation de la circulation du c ur et du syst me vasculaire Chapitre 16 l ments de la fonction cardiaque Chapitre 19 Contr le int gr du Chapitre 17 Propri t s du syst me cardiovasculaire du syst me vasculaire A la fin de ce chapitre, l' tudiant doit tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Comment la disposition du c ur et des vaisseaux permet-elle un flux unidirectionnel de sang bien oxyg n vers le corps ? 2. Quel est l avantage de la relation r ciproque entre la vitesse du flux sanguin et la section transversale vasculaire ? 3. Comment les diff rentes compositions (muscles lisses, tissus fibreux et lastiques) des vaisseaux sanguins contribuent-elles leurs fonctions respectives ? Le syst me circulatoire transporte et distribue les substances essentielles aux tissus et limine les sous-produits m taboliques. Ce syst me participe galement aux m canismes hom ostatiques tels que la r gulation de la temp rature corporelle, le maintien de l quilibre hydrique et l ajustement de l apport d O2 et de nutriments dans divers tats physiologiques. Le syst me cardiovasculaire, qui accomplit ces t ches, est compos d'une pompe (le c ur), d'une s rie de tubes de distribution et de collecte (vaisseaux sanguins) et d'un vaste syst me de vaisseaux minces (capillaires) qui permettent un change rapide entre les tissus et les vaisseaux sanguins. cha nes. Les vaisseaux sanguins de tout le corps sont remplis d un liquide h t rog ne (le sang) essentiel aux processus de transport effectu s par le c ur et les vaisseaux sanguins. Ce chapitre est un aper u g n ral et fonctionnel du c ur et des vaisseaux sanguins, dont les fonctions sont analys es de mani re beaucoup plus d taill e dans les chapitres suivant |
Physiologie de Ganong et Levy | s. Le coeur Le c ur est constitu de deux pompes en s rie : une pompe propulse le sang travers les poumons pour l' change d'O2 et de CO2 (la circulation pulmonaire) et l'autre pompe propulse le sang vers tous les autres tissus du corps (la circulation syst mique). La circulation du sang dans le c ur se fait dans une seule direction (unidirectionnelle). Le flux unidirectionnel travers le c ur est obtenu gr ce la disposition appropri e des valves clapet. Bien que le d bit cardiaque soit intermittent, un flux continu vers les tissus corporels (p riph rie) se produit par distension de l'aorte et de ses branches lors de la contraction ventriculaire (systole) et par recul lastique des parois des grosses art res avec propulsion du sang vers l'avant lors de la relaxation ventriculaire ( diastole). Le circuit cardiovasculaire Dans la circulation normale intacte, le volume total de sang est constant et une augmentation du volume de sang dans une zone doit s'accompagner d'une diminution dans une autre. Cependant, la r partition du sang circulant dans les diff rentes r gions du corps est d termin e par le d bit du ventricule gauche et par l' tat contractile des vaisseaux r sistants (art rioles) de ces r gions. Le syst me circulatoire est compos de conduits dispos s en s rie et en parall le ( Figue. 15.1). Cette disposition, abord e dans les chapitres suivants, a des implications importantes en termes de r sistance, de d bit et de pression dans les vaisseaux sanguins. Le sang entrant dans le ventricule droit via l'oreillette droite est pomp travers le syst me art riel pulmonaire une pression moyenne environ un septi me de celle des art res syst miques. Le sang passe ensuite par les capillaires pulmonaires, dans lesquels le CO2 pr sent dans le sang est lib r et l O2 est absorb . Le sang riche en O2 retourne via les veines pulmonaires vers l'oreillette gauche, o il est pomp du ventricule vers la p riph rie, qui boucle ainsi le cycle. Le sang circule rapidement dans l'aorte et ses branches art rielles. mesure que ces branches se rapprochent de la p riph rie, elles se r tr cissent et leurs parois deviennent plus fines. Ils changent galement sur le plan histologique. L'aorte est une structure majoritairement lastique, mais les art res p riph riques deviennent plus muscl es jusqu' ce qu'au niveau des art rioles, la couche musculaire pr domine ( Figure 15.2 Dans les grosses art res, la r sistance au frottement est relativement faible et les pressions sont peine inf rieures celles de l aorte. Les petites art res, en revanche, offrent une r sistance mod r e la circulation sanguine. Cette r sistance atteint un niveau maximal dans les art rioles, parfois appel es les robinets du syst me vasculaire. Par cons quent, la chute de pression est la plus importante dans le segment terminal des petites art res et des art rioles ( 15.3 ). L'ajustement du degr de contraction du muscle circulaire de ces petits vaisseaux permet de r guler le flux sanguin tissulaire et facilite le contr le de la pression art rielle. En plus de la r duction de la pression le long des art rioles, il y a un passage d'un flux sanguin pulsatile un flux sanguin r gulier (voir 15.3 ). Le flux sanguin art riel pulsatile, provoqu par l' jection intermittente de sang du c ur, est amorti. Fig. 15.3 Pression phasique, vitesse d' coulement et section transversale. Fig. Circulation. Les caract ristiques importantes sont les principaux vaisseaux qui constituent le syst me circulatoire. La chute de pression dans les petites art res et les art rioles, les lits capillaires inverses sont repr sent s par des lignes fines reliant la relation des art res entre la vitesse du flux sanguin et la surface transversale, et ( droite) avec les veines ( gauche). L' paississement en forme de croissant - la surface transversale maximale et le d bit minimal dans les capillaires proximaux aux lits capillaires repr sentent les art rioles (laries de r sistance. (De Levick JR. Une introduction la physiologie cardiovasculaire. vaisseaux). (Redessin de Green HD . Dans : Glasser O [ d.]. Physique m dicale 5e d. Londres : Hodder Arnold ; 1944.) Fig. 15.2 Diam tre interne, paisseur de paroi et quantit s relatives des principaux composants des parois des diff rents vaisseaux sanguins qui constituent le syst me circulatoire. Les coupes transversales des vaisseaux ne sont pas dessin es l' chelle en raison de la vaste gamme de tailles allant de l'aorte et des veines caves au capillaire. (Redessin de Burton AC. Relation of structure to function of the tissus of the wall of blood vaisseaux. Physiol Rev. 1954;34:619.) au niveau capillaire par une combinaison de deux facteurs : distensibilit des grosses art res et r sistance au frottement dans les petites art res et art rioles. De nombreux capillaires naissent de chaque art riole. La surface transversale totale du lit capillaire est tr s grande malgr le fait que la surface transversale de cha |
Physiologie de Ganong et Levy | que capillaire est inf rieure celle de chaque art riole. En cons quence, la vitesse du flux sanguin devient assez lente dans les capillaires (voir Fig. 15.3 ), ce qui est analogue la diminution de la vitesse d' coulement dans les vastes r gions d'une rivi re. Les conditions dans les capillaires sont id ales pour l' change de substances diffusibles entre le sang et les tissus, car les capillaires sont constitu s de tubes courts dont les parois n'ont qu'une cellule d' paisseur et dans lesquels la vitesse d' coulement est faible. son retour au c ur depuis les capillaires, le sang passe par des veinules puis par des veines de taille croissante. La pression dans ces vaisseaux diminue progressivement jusqu' ce que le sang atteigne l'oreillette droite (voir 15.3 ). Pr s du c ur, le nombre de veines diminue, l' paisseur et la composition des parois veineuses changent (voir Fig. 15.2), la surface transversale totale des canaux veineux diminue et la vitesse du flux sanguin augmente (voir 15.3 ). La vitesse du flux sanguin et la surface transversale chaque niveau du syst me vasculaire sont essentiellement des images miroir (voir Figure 15.3 Le tableau 15.1) indique qu'entre l'aorte et les capillaires, la surface transversale totale augmente d'environ 500 fois. Le volume de sang dans le syst me vasculaire syst mique est le plus important dans les veines et les veinules (64 %). Seulement 6 % du volume sanguin total existe dans les capillaires et 14 % du volume sanguin total se trouve dans l aorte, les art res et les art rioles. En revanche, le volume sanguin dans le lit vasculaire pulmonaire est r parti peu pr s galement entre les vaisseaux art riels, capillaires et veineux. La section transversale de la veine cave est plus grande que celle de l'aorte. Par cons quent, la vitesse d coulement est plus lente dans les veines caves que dans l aorte (voir Figure 15.3 Aorte et grandes art res3006.0Petites art res4008.0Capillaires3006.0Petites veines230046.0Grosveines90018.0T otal420084.0 Art res1302.6Capillaires1102.2Veines2004.0Total4408.8C ur (fin de diastole) 3607.2 Donn es de BoronWF, BoulpaepEL. Physiologie m dicale. 2e.Philadelphie:ElsevierSaunders;2009.*Les valeurs font r f rence une femme de 70 kg. Chez un patient souffrant d'hyperthyro die (maladie de Basedow), Le m tabolisme basal est lev et souvent associ une vasodilatation art riolaire. Cette r duction de la r sistance art riolaire diminue l'effet d'amortissement de la pression art rielle pulsatile et se manifeste par un flux pulsatile dans les capillaires, observ dans le lit des ongles des patients atteints de cette maladie. la fin de ce chapitre, l' tudiant devrait tre capable de r pondre aux questions suivantes : 1. Comment le potentiel d'action contribue-t-il l'excitabilit et la contraction du muscle cardiaque ? 2. Qu est-ce que l automaticit et en quoi diff re-t-elle de l excitabilit ? Comment les perturbations de ces propri t s contribuent-elles aux arythmies ? 3. Quelle est la base structurelle de l' lectrocardiogramme ? 4. Comment les concepts de pr charge et de postcharge, d velopp s pour les muscles squelettiques, sont-ils appliqu s la contraction du c ur ? 5. Quel est le r le du Ca++ dans le couplage excitation-contraction ? 6. Quels changements se produisent dans les pressions et les volumes auriculaires et ventriculaires au cours d'un cycle cardiaque, et quelle est leur relation temporelle avec l' lectrocardiogramme ? 7. Comment la relation entre le volume t l diastolique et la pression d velopp e du ventricule gauche d finit-elle la loi de Frank-Starling du c ur et r gule-t-elle la force de contraction cardiaque ? 8. Qu'est-ce que la boucle pression-volume du ventricule gauche et comment d finit-elle les changements dans la fonction ventriculaire gauche ? 9. Comment le m tabolisme cardiaque est-il li la consommation d O2 et comment ces processus sont-ils affect s par les modifications du travail cardiaque ? Propri t s lectriques du c ur Les cellules du c ur, comme les neurones, sont excitables et g n rent des potentiels d action. Ces potentiels d'action d clenchent la contraction et d terminent ainsi la fr quence cardiaque. Les troubles de l'activit lectrique peuvent induire des perturbations graves, voire mortelles, du rythme cardiaque. Dans cette section, les propri t s lectriques des cellules cardiaques sont d crites. De plus, la mani re dont ces propri t s lectriques sont prises en compte dans l' lectrocardiogramme (ECG) est prise en compte. L'initiation de la contraction en raison des propri t s lectriques des cellules cardiaques est examin e dans une section ult rieure. Le potentiel d'action cardiaque La figure 16.1 illustre les potentiels d'action trouv s dans diff rentes cellules cardiaques. Deux principaux types de potentiels d'action se produisent dans le c ur et sont repr sent s. Un type, la r ponse rapide, se produit dans les myocytes auriculaires et ventriculai |
Physiologie de Ganong et Levy | res normaux et dans les fibres conductrices sp cialis es (fibres de Purkinje du c ur) et est divis en cinq phases. La mont e rapide du potentiel d'action est appel e phase 0. La mont e est suivie d'une br ve p riode de repolarisation partielle et pr coce (phase 1), puis d'un plateau (phase 2) qui persiste pendant environ 0,1 0,2 seconde. La membrane se repolarise ensuite (phase 3) jusqu' ce que l' tat de polarisation au repos (phase 4) soit nouveau atteint. La repolarisation finale (phase 3) se d veloppe plus lentement que la d polarisation (phase 0). L'autre type de potentiel d'action, la r ponse lente, se produit dans le n ud sino-auriculaire (SA), qui est la r gion naturelle du stimulateur cardiaque du c ur, et dans le n ud auriculo-ventriculaire (AV), qui est le tissu sp cialis qui conduit l'impulsion cardiaque depuis les oreillettes vers les ventricules. Les cellules r ponse lente ne connaissent pas la phase de repolarisation pr coce (phase 1). D'autres diff rences entre les propri t s lectriques des cellules r ponse rapide et r ponse lente sont les suivantes : Le potentiel de membrane au repos (phase 4) des cellules r ponse rapide est consid rablement plus n gatif que celui des cellules r ponse lente. De plus, la pente de la course ascendante (phase 0), l'amplitude du potentiel d'action et le d passement (tension de membrane positive 0 mV) sont plus lev s dans les cellules r ponse rapide que dans les cellules r ponse lente. L'amplitude du potentiel d'action et la raideur de la course ascendante sont des d terminants importants de la vitesse de propagation le long des fibres myocardiques. Dans le tissu cardiaque r ponse lente, le potentiel d'action se propage plus lentement et la conduction est plus susceptible d' tre bloqu e que dans le tissu cardiaque r ponse rapide. Une conduction lente et une tendance au blocage de la conduction augmentent le risque de certains troubles du rythme (voir la rubrique Le potentiel d'action initie la contraction du myocyte. La relation entre le potentiel d'action et la contraction d'un myocyte cardiaque est montr e dans Figure 16.2 . Une d polarisation rapide (phase 0) pr c de le raccourcissement cellulaire et l'ach vement de la repolarisation se produit juste avant le raccourcissement maximal. La relaxation du muscle a lieu principalement lors de la phase 4 du potentiel d'action. La dur e de la contraction est g n ralement parall le la dur e du potentiel d'action. Les diff rentes phases du potentiel d'action cardiaque sont associ es des modifications de la perm abilit de la membrane cellulaire, principalement par les ions Na+, K+ et Ca++. Les changements dans la perm abilit de la membrane cellulaire modifient la vitesse de d placement de ces ions travers la membrane et modifient ainsi la tension membranaire (Vm). Ces changements de perm abilit sont accomplis par l'ouverture et la fermeture de canaux ioniques sp cifiques des ions individuels (voir Comme pour toutes les autres cellules du corps, la concentration de K+ l int rieur d une cellule du muscle cardiaque (intracellulaire [K+]) d passe la concentration l ext rieur de la cellule (extracellulaire [K+]). Le gradient de concentration est invers pour Na+ et Ca++ . Estimations des concentrations extracellulaires et intracellulaires de Na+, K+ et Ca++ et des potentiels d' quilibre de Nernst (voir q. 1.5b ) pour ces ions sont compil s dans Tableau 16.1 La membrane cellulaire au repos a une perm abilit relativement lev e au K+ ; la perm abilit au Na+ et au Ca++ est bien moindre. En raison du gradient chimique existant pour K+ et Vm, K+ a tendance diffuser de l int rieur vers l ext rieur de la cellule. 3 Toute diffusion de K+ qui se produit au potentiel membranaire de repos (c'est- -dire pendant la phase 4) s'effectue principalement via 4 canaux potassiques sp cifiques. Plusieurs types de canaux potassiques existent dans les membranes des cellules cardiaques. Ouverture et 120 La fermeture ERP RRP de certains de ces canaux est r gul e par Vm, tandis que d'autres sont contr l es par un signal chimique (par exemple, la concentration extracellulaire d ac tylcholine). Le sp cifique 4 est un canal r gul en tension qui conduit le courant K+ redresseur vers l'int rieur (iK1), qui sera discut plus en d tail plus tard. Pour l instant, il suffit de savoir comment s tablit ce courant. La d pendance de Vm sur la conductance et les concentrations intracellulaires et extracellulaires de K+, Na+ et d'autres ions sont d crites par l' quation de conductance de corde Fig. 16.2 Relation temporelle entre les modifications du potentiel transmembranaire (trace sup rieure) et le raccourcissement cellulaire (trace inf rieure) dans un myocyte ventriculaire unique. La valeur du potentiel membranaire de 0 mV est indiqu e par 0 . 16.1 Potentiels d'action des fibres cardiaques. A, fibres cardiaques r ponse rapide. B, lente fibres cardiaques de r ponse. Les phases des potenti |
Physiologie de Ganong et Levy | els d'action sont tiquet es (voir le texte pour plus de d tails), comme la p riode r fractaire efficace (ERP) et la p riode r fractaire relative (RRP). Notez qu'en comparaison avec les fibres r ponse rapide, le potentiel de repos des fibres lentes sont moins n gatives, la course ascendante (phase 0) du potentiel d'action est moins raide, l'amplitude du potentiel d'action est plus petite, la phase 1 est absente et le RRP s' tend bien en phase 4 apr s que les fibres soient compl tement repolaris es. q. 2.7 ). Dans une cellule cardiaque au repos, la conductance K+ (gK) est environ 100 fois sup rieure la conductance Na+ (gNa). Par cons quent, Vm est similaire au potentiel d quilibre de Nernst pour K+ . En cons quence, des alt rations du [K+] extracellulaire peuvent modifier consid rablement la Vm : l hypokali mie provoque une hyperpolarisation et l hyperkali mie provoque une d polarisation. En revanche, comme gNa est si petit dans la cellule au repos, les modifications du [Na+] extracellulaire n affectent pas de mani re significative Vm. Les r ponses rapides du muscle cardiaque peuvent changer en r ponses lentes dans certaines conditions pathologiques. Par exemple, en cas de maladie de l'art re oronaire, une r gion du muscle cardiaque peut tre priv e de son apport sanguin normal. En cons quence, le [K +] dans le liquide in terstitiel qui entoure les cellules musculaires affect es augmente parce que le K + est perdu cause des cellules (orisch miques) insuffisamment perfus es. Les potentiels d'action dans certaines de ces cellules peuvent alors passer de r ponses rapides des r ponses lentes. Figure 16.13 Gen se de la mont e (Phase 0) Tout stimulus qui d polarise brusquement Vm jusqu' une valeur critique (le seuil) suscite un potentiel d'action. Les caract ristiques des potentiels d'action r ponse rapide sont pr sent es dans Figure 16.1A. La d polarisation rapide (phase 0) est li e presque exclusivement l'afflux de Na+ dans le myocyte suite une augmentation brutale de gNa. L'amplitude du potentiel d'action (le changement de potentiel membranaire pendant la phase 0) d pend du [Na+] extracellulaire. Lorsque le [Na+] extracellulaire diminue, l'amplitude du potentiel d'action diminue, et lorsqu'il passe de sa valeur normale d'environ 140 mEq/L environ 20 mEq/L, la cellule n'est plus excitable. Lorsque le potentiel membranaire au repos, Vm, est soudainement d polaris de -90 mV au niveau seuil d'environ -65 mV, les propri t s de la membrane cellulaire changent radicalement. Na+ p n tre dans le myocyte via des canaux sodiques sp cifiques activ s par tension rapide qui existent dans la membrane (voir Figure 5.7). Ces canaux peuvent tre bloqu s par la t trodotoxine, une toxine du poisson-globe. De plus, de nombreux m dicaments utilis s pour traiter certains troubles du rythme cardiaque (arythmies cardiaques) agissent en bloquant ces canaux sodiques rapides. Les canaux sodiques s'ouvrent tr s rapidement ou s'activent (en 0,1 msec), entra nant ainsi une augmentation brutale de gNa. Cependant, une fois ouverts, les canaux sodiques s'inactivent (au fil du temps). 1 2 msec), et gNa diminue rapidement (Fig. 16.3). Les canaux sodiques restent inactiv s jusqu' ce que la membrane commence repolariser. Avec la repolarisation, le canal passe l' tat ferm , partir duquel il peut ensuite tre rouvert par une autre d polarisation de Vm jusqu'au seuil. Ces propri t s du canal sodium sont la base de la p riode r fractaire du potentiel d'action. Lorsque les canaux sodiques sont l tat inactiv , ils ne peuvent pas tre rouverts et un autre potentiel d action ne peut pas tre g n r . Durant cette p riode, la cellule est dite en p riode r fractaire effective. Cela emp che une contraction t tanique soutenue du muscle cardiaque, qui retarderait la relaxation ventriculaire et interf rerait donc avec l'action de pompage intermittente normale du c ur. Au fur et mesure que la cellule se repolarise (phase 3), les canaux inactiv s commencent passer l' tat ferm . Pendant cette p riode, appel e p riode r fractaire relative, un autre potentiel d'action peut tre g n r , mais cela n cessite une d polarisation de Vm sup rieure la normale. Ce n'est que lorsque Vm est revenu au niveau de repos (phase 4) que tous les canaux sodiques sont ferm s et peuvent ainsi tre r activ s par la d polarisation normale de Vm. Le courant anionique travers un canal membranaire peut tre mesur l'aide de la technique du patch-clamp. Les canaux individuels s'ouvrent et se ferment de mani re r p t e et al atoire. Ce processus est illustr dans Figure 16.4 , qui montre le flux de courant travers les canaux sodiques dans une cellule myocardique. Avant le temps indiqu par la fl che, le potentiel de la membrane tait fix 85 mV. Au moment indiqu par la fl che, le potentiel a t soudainement modifi 45 mV, valeur laquelle il a t maintenu pour le reste de l'enregistrement. Figure 16.4 indique qu'imm |
Physiologie de Ganong et Levy | diatement apr s que le potentiel de la membrane ait t rendu non n gatif, un canal sodium s'est ouvert (amplitude de 1,5 pA), puis un canal sodium d'une seconde s'est ouvert (courant total de 3 pA des deux canaux), apr s quoi les deux canaux se sont ferm s (c'est- -dire que le courant est revenu 0). Les deux canaux se sont ferm s pendant environ 4 ou 5 ms, puis le bot Les canaux se sont ouverts en m me temps. Par la suite, un canal s'est ferm puis le second s'est rapidement ferm . Finalement, apr s plusieurs secondes, un canal s'est ouvert puis ferm . Par la suite, les deux canaux sont rest s ferm s pour le reste de l'enregistrement, m me si la tension de la membrane est rest e constante 45 mV. Gen se de la repolarisation pr coce (phase 1) Dans de nombreuses cellules cardiaques pr sentant un plateau important, la phase 1 est une br ve p riode pr coce de repolarisation limit e. Cette br ve repolarisation se traduit par l'encoche entre la fin de la mont e et le d but du plateau (voir Les figures. 16.1 16.3). La repolarisation est br ve en raison de l'activation d'un courant sortant transitoire (ito) transport principalement par K+ . L'activation des canaux potassiques pendant la phase 1 provoque un bref efflux de K+ de la cellule car l'int rieur de la cellule est charg positivement et le [K+] intracellulaire d passe largement le [K+] extracellulaire (voir 16.3 ). La cellule est bri vement et partiellement repolaris e du fait de cet efflux transitoire de K+. La taille de l'encoche de phase 1 varie selon les cellules cardiaques. Il est pr dominant dans les myocytes des r gions picardique et m diocardique de la paroi ventriculaire gauche ( Fig. 16.5 ) et dans les fibres ventriculaires de Purkinje. Cependant, l'encoche est n gligeable dans les myocytes de la r gion endocardique du ventricule gauche (voir Fig. 16.5) car la densit de i en canaux est moindre dans ces cellules. L'encoche est galement moins importante en pr sence 4 Chimique lectrostatique 3 2 1 0 Rapide Na+ Canal Na+ Na+ K+ Canal (ito) K+ K+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ca++ Ca++ Ca++ K+ K+ K+ Canaux (iK, iK1) K+ K+ K+ Canaux (iK, iK1) K+ K+ 0 1 3 4 2 Canaux K+ (iK, iK1, ito) Fig. 16.3 Principaux courants et canaux ioniques qui g n rent les diff rentes phases du potentiel d'action dans une cellule cardiaque. Phase 0, Les forces chimiques et lectrostatiques favorisent toutes deux l entr e de Na+ dans la cellule travers des canaux de sodium rapides pour g n rer la course ascendante. Phase 1, Les forces chimiques et lectrostatiques favorisent l'efflux de K+ travers des canaux transitoires de courant vers l'ext rieur (ito) pour g n rer une repolarisation pr coce et partielle. Phase 2, pendant le plateau, l'afflux net de Ca ++ travers les canaux calciques est quilibr par l'efflux de K + travers le courant de redressement vers l'int rieur (iK), le courant de redressement vers l'int rieur (iK1) et vers les canaux. Phase 3, les forces chimiques qui favorisent l'efflux de K + travers les canaux iKandiK1 pr dominent sur les forces lectrostatiques qui favorisent l'afflux de K+ travers ces m mes canaux. Phase 4, Les forces chimiques qui favorisent l'efflux de K+ travers les canaux iKandiK1 d passe tr s l g rement les forces lectrostatiques qui favorisent l'afflux de K+ travers ces m mes canaux. 0 1,5 3 4,5 10 msec pA Courant canal n 1 Courant canal n 2 Fig. 16.4 Courant (en picoamp res [pA]) travers deux canaux sodiques individuels dans une cellule cardiaque en culture, enregistr avec la technique Patch Clamp. La tension de la membrane a t maintenue 85 mV, puis brusquement chang e 45 mV au moment indiqu par la fl che, et maintenue ce potentiel pour le reste de l'enregistrement. Gen se du Plateau (Phase 2) Pendant le plateau du potentiel d'action, le Ca++ p n tre dans les cellules du myocarde par les canaux calciques (d crits dans le paragraphe suivant) qui s'activent et se d sactivent beaucoup plus lentement que les canaux sodiques rapides. Durant la partie plate de la phase 2 (voir Les figures. 16.1 16.3), cet afflux de Ca ++ est contrebalanc par l'efflux de K+ . K+ sort par des canaux qui conduisent principalement les courants ito, iK et iK1. Le courant ito est responsable de la phase 1, comme d crit pr c demment, mais il n'est compl tement inactiv qu'apr s l'expiration de la phase 2. L'iK et l'iK1 sont d crits plus loin dans cette section du chapitre. Le Ca++ p n tre dans la cellule via des canaux calciques r gul s en tension, qui sont activ s mesure que Vm devient progressivement moins n gatif au cours de la mont e du potentiel d'action. Deux types de canaux calciques (type L et type T) ont t identifi s dans le tissu cardiaque. Certaines de leurs caract ristiques importantes sont illustr es dans Figure 1 |
Physiologie de Ganong et Levy | 6.6 . Les canaux de type L sont ainsi d sign s car une fois ouverts, ils se d sactivent lentement (voir Fig. 16.6, panneau inf rieur) et permettent un courant Ca++ de longue dur e. Ils constituent le type pr dominant de canaux calciques dans le c ur et sont activ s lors de la mont e du potentiel d'action lorsque Vm atteint environ -20 mV. Les canaux de type L sont bloqu s par les antagonistes des canaux calciques tels que le v rapamil, l'amlodipine et le diltiazem ( Figure 16.7 Les canaux calciques de type T (ou transitoires ) sont beaucoup moins abondants dans le c ur. Ils sont activ s des potentiels de membrane plus n gatifs (environ 70 mV) que le potentiel qui active les canaux de type L ( 20 mV). Ils se d sactivent galement plus rapidement que les canaux de type L (voir Figure 16.6 ; comparez les panneaux sup rieur et inf rieur). L'ouverture des canaux calciques entra ne une augmentation de la conductance Ca++ (gCa) et du courant calcique (iCa) peu apr s Fig. 16.5 Potentiels d'action enregistr s partir de l' picarde (Epi)(A), du myocarde moyen (Mid)(B) et de l'endocardique (Endo)(C) Les pr parations ont t entra n es sur une longueur de cycle de base (BCL) : c'est- -dire des intervalles de 300 et 8 000 msec. La valeur du potentiel membranaire de 0 mV est indiqu e par 0 . 16.3 ). Parce que la concentration intracellulaire de Ca++ est bien inf rieure la concentration extracellulaire de Ca++ (voir Tableau 16.1 ), l'augmentation de gCa favorise l'afflux de Ca++ dans la cellule tout au long du plateau. Cet afflux de Ca++ pendant le plateau est impliqu dans le couplage excitation-contraction, comme d crit dans la section Divers neurotransmetteurs et m dicaments peuvent influencer consid rablement le gCa. Le neurotransmetteur adr nergique noradr naline, l'agoniste des r cepteurs -adr nergiques isoprot r nol et diverses autres cat cholamines augmentent le gCa, tandis que le neurotransmetteur parasympathique ac tylcholine diminue le gCa. L'am lioration du gCa par les cat cholamines est le principal m canisme par lequel elles am liorent la contractilit du muscle cardiaque. Pendant le plateau (phase 2) du potentiel d'action, le gradient de concentration de K+ travers la membrane cellulaire est pratiquement le m me que pendant la phase 4 ; cependant, ce moment-l , Vm est positif. Il existe donc un gradient important qui favorise l efflux de K+ de la cellule (voir 16.3). Si g K taient les m mes pendant le plateau que pendant la phase 4, l'efflux de K+ pendant la phase 2 d passerait largement l'afflux de Ca++ et un plateau soutenu ne pourrait pas tre atteint. Figue. 16.6 Effets de l'isoprot r nol sur les courants Ca++. Les courants taient conduits par des canaux calciques de type T (panneau sup rieur) et de type L (panneau inf rieur) dans les myocytes intra-auriculaires. Le potentiel de membrane est pass de 80 20 mV. Panneau inf rieur, Le potentiel de la membrane est pass de 30 +30 mV. (Redessin de BeanBP.J Gen Physiol. 1985 ; 86 : 1.) Fig. 16.7 Effets du diltiazem, un antagoniste des canaux calciques, sur les potentiels d'action (en millivolts [mV]) et les forces de contact isom triques (en millinewtons [mN]) enregistr s partir du muscle papillaire in vitro. Les doses ont t enregistr es dans des conditions de contr le (C) et en pr sence de concentrations de diltiazemine de 3, 10 et 30 mol/L. (Tir de HirthC, etal. J Mol Cell Cardiol. 1983; 15: 799.) 20 50 ms Potentiel d'action Force 0 mV 10 30 C et 3 C 3 10 30 mN 0,5 50 ms Cependant, mesure que Vm s'approche puis atteint des valeurs positives proches du pic de la mont e du potentiel d'action, gK diminue soudainement ( 16.8 ). La diminution du courant K+ associ e la r duction de gK emp che une perte excessive de K+ de la cellule pendant le plateau. Pour am liorer gCa, les cat cholamines se lient d'abord r cepteurs adr nergiques dans la membrane des cellules cardiaques. Cette interaction stimule l enzyme ad nylate cyclase li e la membrane, ce qui augmente la concentration intracellulaire d ad nosine monophosphat cyclique. e(cAMP; voir aussi ).TheriseincAMPactivecAMP prot inekinase d pendante, qui son tour favorise la phosphorylation de L tape les canaux calciques dans la membrane cellulaire et augmente ainsi l'afflux de Ca++ dans les cellules (voir Figure 16.6 ). l inverse, l ac tylcholine interagit avec les r cepteurs muscarini de la membrane cellulaire pour inhiber l ad nylatecyclase. De cette mani re, l ac tylcholine antagonise l activation des canaux calciques et diminue ainsi la gCa. Les antagonistes des canaux calciques sont des substances qui bloquent les canaux calciques. Les exemples incluent les m dicaments v rapamil, a mlodipine et diltiazem. Ces m dicaments diminuent le g Ca et emp chent ainsi l'afflux de Ca ++ dans les cellules myocardiques. Les antagonistes des canaux calciques diminuent la dur e du plateau de potentiel d'action et diminuent la force de la contr |
Physiologie de Ganong et Levy | action cardiaque (voir Figure 16.7 Les antagonistes des canaux calciques d priment galement la contraction des muscles vasculaires lisses et induisent ainsi une vasodilatation g n ralis e. Cette diminution de la r sistance vasculaire r duit la contre-force (postcharge) qui s'oppose la propulsion du sang des ventricules vers le syst me cardiaque, comme expliqu dans Par cons quent, les m dicaments vasodilatateurs tels que les antagonistes des canaux calciques sont souvent appel s m dicaments r ducteurs de charge. La r duction de gK aux valeurs positives et faibles de Vm est appel e rectification vers l int rieur. Le redressement vers l'int rieur est une caract ristique de plusieurs courants K+, dont iK1 ( 16.9 ). Pour ces canaux, des courants K+ importants circulent des valeurs n gatives de Vm (c'est- -dire que gK est grand). Cependant, lorsque Vm est proche de 0 mV ou positif, comme cela se produit pendant le plateau (phase 2), peu ou pas de courant K+ circule (c'est- -dire que gK est petit). Ainsi le gK important qui pr vaut lors de la phase 4 du potentiel d'action cardiaque (voir Fig. 16.8 ) est important cause des canaux iK1, mais le courant traversant ces canaux est consid rablement diminu pendant le plateau (voir Figure 16.9 D'autres canaux potassiques jouent un r le dans la phase 2 du potentiel d'action. Ces canaux potassiques sont caract ris s comme des canaux iK retard s. Ils sont ferm s pendant la phase 4 et sont activ s tr s lentement par les potentiels qui pr valent vers la fin de la phase 0. Ainsi, l'activation de ces canaux a tendance augmenter gK tr s progressivement au cours de la phase 2. Ces canaux ne jouent qu'un r le mineur pendant la phase 2, mais ils contribuent au processus de repolarisation finale (phase 3), comme d crit dans la section Gen se de la repolarisation (phase 3). Il existe deux types de canaux iK, class s selon leurs taux d'activation : le canal activation plus lente est d sign canal iKs, et le canal activation plus rapide est d sign canal iKr (voir 16.8). Le Nav1.5 SCN5A Cav1.2CACNA1C ICa,L IK1 Ceci,1 Ceci,2 IKr IK Kir2.1/2.2 Kv4.2/4.3 Kv1.4/1.7 Fig. 16.8 Modifications des courants ioniques au cours des diff rentes phases du potentiel d'action dans une cellule ventriculaire cardiaque r ponse rapide. Panneaux sup rieurs, courants ioniques d polarisants. Panneaux inf rieurs, courants ioniques repolarisants. Les courants entrants comprennent les courants rapides Na+ (iNa) et Ca++ de type L (iCa, L). Les courants sortants sont iK1,ito et le redresseur retard rapide (iKr) et lent (iKs) K+ (Tir de Tomaselli G, Marb nE. Cardiovasc Res. 1999; 42: 270.) La dur e du potentiel d'action dans les myocytes de diverses r gions du myocarde ventriculaire est d termin e en partie par les distributions relatives de ces canaux iKr et iKs. Le plateau de potentiel d'action persiste tant que l'efflux de charge port principalement par K+ est quilibr par l'afflux de charge port principalement par Ca++. Les effets d une modification de cet quilibre sont illustr s par l action du diltiazem, un antagoniste des canaux calciques, dans une pr paration de muscle papillaire (voir 16.7 ). Avec des concentrations croissantes de diltiazem, la tension de plateau devient progressivement moins positive et la dur e du plateau diminue. l inverse, l administration de certains antagonistes des canaux potassiques prolonge consid rablement le plateau. Gen se de la repolarisation finale (phase 3) Le processus de repolarisation finale (phase 3) commence la fin Fig. 16.9 K+ rectifi vers l'int rieur de la phase 2, lorsque l'efflux de K+ de la cellule cardiaque commence vers les myocytes triculaires lorsque le potentiel a t modifi par rapport un maintien d passant l'afflux de Ca++. Comme indiqu , au moins trois K+ ext rieurs Potentiel de 80 mV pour divers potentiels de test. Les valeurs positives le long des courants (ito, iK et iK1) contribuent la repolarisation finale (phase 3) de la cellule cardiaque (voir Les figures. 16.3 16.8 courants entrants. Le point auquel la trace du courant croise le x l'axe est le potentiel d'inversion (cercle ouvert) ; il d signe le Nernst. Les courants ito, iKr et iKs aident initier la repolarisation. potentiel d' quilibre (EK), auquel point les courants chimiques et lectrostatiques sont donc des d terminants importants des forces sont gaux. Vm, potentiel de membrane. (Redessin de GilesWR, la dur e du plateau. Par exemple, la dur e de ImaizumiY.J Physiol [Lond]. 1988;405:123.) le plateau est nettement moindre dans les myocites auriculaires que dans les myocytes ventriculaires ( Fig. 16.10 ) car la magnitude Fig. 16.10 Potentiels d'action typiques (en millivolts, axe y). Ces potentiels ont t enregistr s partir des cellules du ventricule (A), du n ud sino-auriculaire (SA) (B) et de l'oreillette (C). Notez que le calibrage du temps en B diff re de celui en A et C. Les nombres sur les courbes indiquent les phases |
Physiologie de Ganong et Levy | du potentiel d'action. (De HoffmanBF, CranefieldPF. Electrophysiology of the Heart. New York: McGraw-Hill; 1960.) de l'ito pendant le plateau est plus grand dans les myocites auriculaires que dans les myocytes ventriculaires. Comme d j not , la dur e du potentiel d'action dans les myocytes ventriculaires varie consid rablement en fonction de la localisation de ces myocytes dans les parois ventriculaires (voir Fig.16.5). Les courants i to et iK expliquent principalement ces diff rences. Dans les myocytes endocardiques, dans lesquels la dur e du potentiel d'action est la plus faible, l'ampleur de iK est la plus grande. L inverse s applique aux myocytes m diocardiques. L'ampleur de iK et la dur e du potentiel d'action sont interm diaires pour les myocytes picardiques. Le courant iK1 ne participe pas l'initiation de la repolarisation car la conductance de ces canaux est tr s faible sur la plage de valeurs Vm qui pr vaut lors du plateau. Cependant, les canaux iK1 contribuent substantiellement au taux de repolarisation une fois la phase 3 initi e. mesure que Vm devient de plus en plus n gative au cours de la phase 3, la conductance des canaux qui transportent le courant iK1 augmente progressivement et acc l re ainsi la repolarisation (voir Figure 16.3 Restauration des concentrations ioniques (Phase 4) La fuite constante vers l'int rieur de Na+ qui p n tre rapidement dans la cellule pendant la phase 0 et plus lentement tout au long du cycle cardiaque d polariserait progressivement la tension membranaire au repos sans la Na+,K+-ATPase, qui est situ e dans la membrane cellulaire (voir ). De m me, la plupart des ions Ca++ en exc s qui taient entr s dans la cellule principalement lors de la phase 2 sont limin s principalement par un antiporteur 3Na+-Ca++, qui change trois ions Na+ contre un ion Ca++. Cependant, certains des ions Ca++ sont limin s par une pompe Ca++ pilot e par l ATP. Les canaux cardiaques sont connect s aux prot ines cellulaires pour former des complexes macromol culaires. Ces complexes sont impliqu s dans la modulation du transport, de la localisation membranaire, du fonctionnement, de la modification post-traductionnelle et de la activation de canaux particuliers. 1) les prot ines de domaine dont les sites de liaison interagissent avec la prot ine associ e la synapse (SAP97), la syntrophine et la prot ine d'ancrage de la kinase (AKAP5), entre autres. Le canal sodique sensible (Nav1.5) est li aux membranes cellulaires lat rales de la syntrophine/dystrophine et l'ankyrine B, la plakophiline-2 et la calmoduline. Les canaux de diff renciation peuvent galement tre trouv s dans le m me complexe. Ainsi, les canaux Nav1.5 et les canaux K (Kir2.1) rectification vers l'int rieur peuvent tre connect s dans un complexe, ou un canal, avec SAP97. Ce lien affecte non seulement la localisation, mais permet galement d'arr ter les modifications dans l'abondance des canaux Kir2.1. Ainsi, le complexe contient Kir2.1, qui fixe le potentiel membranaire de repos, et Nav1.5, qui rend compte de l'excitation rapide. La colocalisation de ces deux canaux exerce donc un effet puissant sur l'excitabilit et sa r gulation dans des conditions normales et pathologiques (arythmies). Fig. 16.1A) se composent de quatre composantes principales : une course ascendante (phase 0), une repolarisation partielle pr coce (phase 1), un plateau (phase 2) et une repolarisation finale (phase 3). Cependant, dans le potentiel d'action r ponse lente (voir Fig. 16.1B ), la course ascendante est beaucoup moins raide, la repolarisation pr coce (phase 1) est absente, le plateau est moins prolong et moins plat, et la transition du plateau la repolarisation finale est moins nette. Le blocage des canaux sodiques rapides avec de la t trodotoxine dans une fibre r ponse rapide peut g n rer des r ponses lentes dans des conditions appropri es. Les potentiels d'action des fibres de Purkinje pr sent s dans La figure 16.11 montre clairement les deux types de r ponses. Dans le trac de contr le (A), le potentiel d'action r ponse rapide typique affiche une encoche pro minente, en raison de l'ito, qui s pare la course ascendante du plateau. Des concentrations progressivement plus lev es de t trodotoxine produisent un blocage progressif des canaux sodiques rapides, comme le d montrent les trac s B E. La course ascendante et l'encoche sont progressivement moins visibles dans les trac s B D. Dans le trac E, l'encoche a disparu et la course ascendante est tr s progressif; ce potentiel d'action ressemble une r ponse lente typique. Figue. 16.11 Effet de la t trodotoxine, qui bloque les canaux sodiques rapides, sur les potentiels d'action (trac s A E) enregistr s dans une fibre Purkinje. Les concentrations d' trodotoxine taient de 0mol/LintracingA, 3 10 8mol/LintracingB, 3 10 7mol/LintracingC, et d3 10 6mol/LintracingsD et E ; 1969;313:300.)100 mV 1 seconde A B C D E Certaines cellules du c ur, notamment celles |
Physiologie de Ganong et Levy | des n uds SA et AV, pr sentent des potentiels d'action r ponse lente. Dans Dans ces cellules, la d polarisation est obtenue principalement par l'afflux de Ca++ via les canaux calciques de type L au lieu de l'afflux de Na+ via les canaux sodiques rapides. La repolarisation est accomplie dans ces fibres par l'inactivation des canaux calciques et par l'augmentation de la conductance K+ travers les canaux iK1 et iK (voir 16.3). Un potentiel d'action voyageant le long d'une fibre du muscle cardiaque est propag par les courants de circuit locaux, tout comme c'est le cas dans les fibres nerveuses et musculaires squelettiques (voir ). Lorsque l'onde de d polarisation atteint l'extr mit de la cellule, l'impulsion est conduite vers les cellules adjacentes via des jonctions lacunaires (voir Chapitre 2). Les impulsions passent plus facilement le long de la cellule (isotrope) que lat ralement d'une cellule l'autre (anisotrope) car les jonctions lacunaires sont pr f rentiellement situ es aux extr mit s de la cellule. Les jonctions lacunaires sont plut t non s lectives dans leur perm abilit aux ions et ont une faible r sistance lectrique qui permet au courant ionique de passer d'une cellule l'autre. La r sistance lectrique des jonctions lacunaires est similaire celle du cytoplasme. Le flux de charge de cellule cellule suit les principes des courants de circuit locaux et permet donc la propagation intercellulaire de l'impulsion. Conduite de la r ponse rapide Dans les fibres r ponse rapide et lente, les caract ristiques de conduction diff rent. Dans les fibres r ponse rapide, les canaux sodiques rapides sont activ s lorsque le potentiel transmembranaire Fig. 16.12 Le r le des courants locaux dans la propagation d'une onde d'excitation dans une fibre cardiaque. d'une r gion de la fibre passe soudainement d'une valeur au repos d'environ -90 mV la valeur seuil d'environ -65 mV. Le courant Na+ entrant d polarise alors rapidement la cellule cet endroit. Cette partie de la fibre fait ensuite partie de la zone d polaris e et la bordure est d plac e en cons quence. Le m me processus commence alors la nouvelle fronti re. Ce processus se r p te encore et encore et la fronti re se d place continuellement le long de la fibre sous la forme d'une vague de d polarisation ( Figure 16.12 La vitesse de conduction le long de la fibre varie directement avec l'amplitude du potentiel d'action et le taux de variation du potentiel (dVm/dt) pendant la phase 0. L'amplitude du potentiel d'action est la diff rence de potentiel entre les r gions enti rement d polaris es et enti rement polaris es de la cellule. int rieur. L'amplitude du courant local est proportionnelle cette diff rence de potentiel (voir ). tant donn que ces courants locaux d placent le potentiel de la zone de repos vers la valeur seuil, ce sont des stimuli locaux qui d polarisent la partie de repos adjacente de la fibre jusqu' son potentiel seuil. Plus la diff rence de potentiel entre les r gions d polaris es et polaris es est grande (c'est- -dire plus l'amplitude du potentiel d'action est grande), plus les stimuli locaux peuvent d polariser efficacement les parties adjacentes de la membrane et plus rapidement l'onde de d polarisation se propage dans la fibre. Le dVm/dt pendant la phase 0 est galement un d terminant important de la vitesse de conduction. Si la partie active de la fibre se d polarise progressivement, les courants locaux entre la r gion au repos et la r gion d polarisante voisine sont faibles. La r gion de repos adjacente la zone active est d polaris e progressivement, et il faut donc plus de temps pour que chaque nouvelle section de la fibre atteigne le seuil. Cela permet certains canaux sodiques de s'inactiver. Le potentiel de membrane au repos est un autre d terminant important de la vitesse de conduction. Les changements dans le potentiel de membrane au repos influencent la fois l'amplitude du potentiel d'action et dVm/dt, qui leur tour modifient la vitesse de conduction (Fig. 16.13). La d polarisation de Vm inactive les canaux sodiques rapides, ce qui son tour diminue l'amplitude du potentiel d'action et le dVm/dt, et par cons quent la vitesse de conduction est ralentie. En plus des modifications du [K+] extracellulaire, l'excitation pr matur e d'une cellule qui n'est pas compl tement repolaris e entra ne galement une Fig. 16.13 Effet des modifications de la concentration en potassium extracellulaire (extracellulaire [K+]) sur les potentiels d'action enregistr s partir d'une fibre Purkinje. L'artefact de stimulus (StintracingD) appara t comme une pointe biphasique gauche de la course ascendante du potentiel d'action. Les lignes pointill es horizontales pr s des pics des potentiels d'action d signent 0 mV. Lorsque le [K+] extracellulaire est de 3 mmol/L ( mM ; trac s A et F), la tension de membrane de repos (Vm) est de 82 mV et la pente de la phase 0 est raide. la fin de la phase 0, le d pass |
Physiologie de Ganong et Levy | ement est atteint. La distance entre l'artefact de stimulus et le d but de la phase 0 est inversement proportionnelle la vitesse de conduction. Lorsque le [K+] extracellulaire augmente progressivement jusqu' 16 mmol (trac s B vers E), le Vm au repos devient progressivement moins n gatif. La dur e des potentiels d'action et la raideur des courses ascendantes diminuent toutes. En cons quence, la vitesse de conduction diminue progressivement. Aux niveaux extracellulaires de [K+] de 14 et 16 mmol (trac s D et E), le V mat au repos Il s'agit de niveaux suffisants pour inactiver tous les canaux sodiques rapides et conduire des potentiels d'action r ponse lente caract ristiques. (From MyerburgRJ, Lazzara R. In: Fisch E[ed]. Complex Electrocardiography. Philadelphia: FADavis; 1973.) diminution de la vitesse de conduction. Cela refl te galement le fait que lorsque Vm est d polaris , des canaux sodiques plus rapides sont inactiv s et que seule une fraction des canaux sodiques est donc disponible pour conduire le courant Na+ entrant pendant la phase 0. Conduction de la r ponse lente Fig. 16.12 ) propagent galement la r ponse lente, dont les caract ristiques de conduction diff rent quantitativement de celles de la r ponse rapide. Le potentiel seuil est d'environ -40 mV pour la r ponse lente et la conduction est beaucoup plus lente que pour la r ponse rapide. Les vitesses de conduction de la r ponse lente dans les n uds SA et AV sont d'environ 0,02 0,10 m/s. Les vitesses de conduction r ponse rapide sont d'environ 0,30 1,00 m/sec pour les cellules myocardiques et de 1,00 4,00 m/sec pour les fibres conductrices sp cialis es (Purkinje) dans les ventricules. Les r ponses lentes sont plus facilement bloqu es que les r ponses rapides ; c'est- -dire que la conduction cesse avant que l'impulsion n'atteigne l'extr mit de la fibre myocardique. En outre, les fibres r ponse rapide peuvent r pondre des taux de r p tition beaucoup plus rapides que ceux des fibres r ponse lente. Figure 16.13 ont galement lieu dans le tissu cardiaque des patients atteints de maladie coronarienne. Lorsque le flux sanguin myocardique r gional est diminu , l'apport d'O2 et de substrats m taboliques d livr s aux tissus isch miques est insuffisant. La Na +, K + - ATPase dans la membrane des myocytes cardiaques n cessite une nergie m tabolique consid rable pour maintenir les trans normales. gradients membranaires de Na + et K +. Lorsque le flux sanguin est insuffisant, l'activit de Na +, K + - ATPase est alt r e et les myocytes isch miques gagnent en exc s de Na + et perdent du K + par cons quent, le [K+] dans le liquide extracellulaire entourant les isch micmyocytes est lev . De tels changements dans le [K+] extracellulaire peuvent, s'ils sont suffisamment importants, perturber le rythme cardiaque et la conduction de mani re critique (voir Figure 16.13 En raison du d veloppement rapide des stimulateurs cardiaques artificiels et autres appareils lectriques destin s corriger les troubles du rythme cardiaque, une connaissance d taill e de l excitabilit cardiaque est essentielle. Les caract ristiques d'excitabilit des diff rents types de cellules cardiaques diff rent consid rablement selon que les potentiels d'action sont des r ponses rapides ou lentes. Une fois la r ponse rapide initi e, la cellule d polaris e n'est plus excitable jusqu' ce qu'elle se soit partiellement repolaris e (voir Figure 16.1A ). Dans la r ponse rapide, l'intervalle entre le d but du potentiel d'action et le moment o la fibre est capable de conduire un autre potentiel d'action est appel la p riode r fractaire effective qui s' tend du d but de la phase 0 jusqu' un point de la phase 3 auquel la repolarisation a atteint environ -50 mV. environ cette valeur de Vm, de nombreux canaux sodiques rapides sont pass s du canal inactiv au tat l tat ferm . Cependant, la fibre cardiaque n est pleinement excitable que lorsqu elle est compl tement repolaris e. Avant la repolarisation compl te (c'est- -dire pendant la p riode r fractaire relative), un potentiel d'action ne peut tre voqu que lorsque le stimulus est plus fort qu'un stimulus qui pourrait provoquer une r ponse au cours de la phase 4. Lorsqu'une r ponse rapide est voqu e pendant la p riode r fractaire relative d'une excitation pr c dente, ses caract ristiques varient en fonction du potentiel de membrane existant au moment de la stimulation ( 16.14). Plus la fibre est stimul e tard dans la p riode r fractaire relative, plus l'amplitude de la r ponse et la pente de la course ascendante augmentent, car le nombre de canaux sodiques rapides qui ont r cup r de l'inactivation augmente mesure que la repolarisation progresse. En cons quence, la vitesse de propagation augmente galement plus tard dans la p riode r fractaire relative o la fibre est stimul e. Une fois la fibre enti rement repolaris e, la r ponse est constante quel que soit le moment o le stimulus est appliqu dans l |
Physiologie de Ganong et Levy | a phase 4. Figue. 16.15 Effets de l'excitation diff rents moments apr s l'initiation d'un potentiel d'action dans une fibre r ponse lente. Dans cette fibre, une excitation tr s tardive en phase 3 (ou en d but de phase 4) induit une petite r ponse (locale) non propag e (ondea). Plus tard en phase 4,a Fig. 16.14 Les changements dans l'amplitude du potentiel d'action et la pente ascendante en tant que potentiels d'action sont initi s diff rents stades de la p riode r fractaire relative de l'excitation pr c dente. Dans les fibres r ponse lente, la p riode r fractaire relative s' tend souvent bien au-del de la phase 3 (voir Figure 16.1B ). M me apr s la repolarisation compl te de la cellule, il peut tre difficile de provoquer une r ponse propag e pendant un certain temps. Cette caract ristique des fibres r ponse lente est appel e caract re r fractaire post-repolarisation. une r ponse propag e (onde b) peut tre provoqu e, mais son amplitude est petite et la course ascendante n'est pas tr s raide ; cette r ponse est conduite tr s lentement. Encore plus tard dans la phase 4, la pleine excitabilit est retrouv e et la r ponse (onde avec) affiche des caract ristiques normales. Figure 16.32 ), le moment des premiers battements peut d terminer leur cons quence clinique. S ils se produisent pendant la p riode r fractaire relative de la d polarisation pr c dente ou apr s une repolarisation compl te, la d polarisation pr matur e est sans cons quence. Cependant, si la d polarisation pr matur e prend son origine t t dans la p riode r fractaire relative des ventricules, La production de l impulsion pr matur e depuis le site d origine est lente et, par cons quent, une impulsion cardiaque est plus susceptible de se r exciter. une r gion om myocardique par laquelle il tait pass pr c demment (ph nom ne connu sous le nom de r entr e). Si cette r entr e est irr guli re (c'est- -dire si une fibrillation ventriculaire s'ensuit), le c ur ne peut pas pomper efficacement et la mort peut en r sulter. Les potentiels d'action voqu s au d but de la p riode r fractaire relative sont faibles et les courses ascendantes ne sont pas tr s abruptes (Fig. 16h15). Les amplitudes et les pentes ascendantes s'am liorent progressivement mesure que les potentiels d'action sont d clench s plus tard dans la p riode r fractaire relative. La r cup ration de l'excitabilit compl te est beaucoup plus lente que la r cup ration de la r ponse rapide. Les impulsions qui arrivent t t dans la p riode r fractaire relative sont conduites beaucoup plus lentement que celles qui arrivent tard dans cette p riode. Les longues p riodes r fractaires conduisent galement des blocs de conduction. M me lorsque des r ponses lentes se reproduisent basse fr quence, la fibre peut tre capable de conduire seulement une fraction de ces impulsions ; par exemple, dans certaines conditions, seules des impulsions alternatives peuvent se propager. Figue. 16h16 Effet des changements dans la longueur du cycle (CL) sur la dur e du potentiel d'action (APD) des fibres de Purkinje. (Modifi partir de Singer D, TenEickRE. Am J Cardiol. 1971; 28: 381.) Effets de la dur e du cycle La dur e du cycle est le temps entre les potentiels d'action successifs. Les changements dans la dur e du cycle modifient la dur e du potentiel d'action dans les cellules cardiaques ( Figure 16.16 Fig. 16.5 ) et modifient ainsi leurs p riodes r fractaires. En cons quence, les modifications de la dur e du cycle sont souvent des facteurs importants dans l initiation ou la fin de certaines arythmies (rythmes cardiaques irr guliers). Les changements dans la dur e du potentiel d'action produits par des r ductions progressives de la dur e du cycle de 2 000 200 ms dans une fibre de Purkinje sont pr sent s dans Figure 16.16 . Notez qu mesure que la dur e du cycle diminue, la dur e du potentiel d action diminue. Cette corr lation directe entre la dur e du potentiel d'action et la dur e du cycle est m di e par des changements de gK qui impliquent au moins deux types de canaux potassiques : savoir, ceux qui conduisent les courants K+ du redresseur retard (iKr et iKs) et ceux qui conduisent le courant K+ vers l'ext rieur. ( a). Le courant iK est activ des valeurs de Vm proches de z ro, mais le courant s'active lentement, reste activ pendant des centaines de millisecondes et s'inactive galement tr s lentement. En cons quence, mesure que la dur e du cycle de base diminue, chaque potentiel d'action a tendance se produire plus t t dans la p riode d'inactivation du courant iK initi par le potentiel d'action pr c dent. Par cons quent, plus la dur e du cycle de base est courte, plus le courant K+ sortant est important pendant la phase 2 et donc plus la dur e du potentiel d'action est courte. Le courant ito influence galement la relation entre la dur e du cycle et la dur e du potentiel d'action. Le courant ito est galement activ un potentiel proche de z ro et son ampleu |
Physiologie de Ganong et Levy | r varie inversement avec la fr quence cardiaque. Par cons quent, mesure que la dur e du cycle diminue, l augmentation cons quente du courant K+ sortant raccourcit le plateau. Excitation naturelle du c ur et lectrocardiogramme L excitation du c ur se produit normalement de mani re ordonn e, ce qui permet un pompage efficace du sang. Cette excitation ordonn e se produit via le syst me de conduction du c ur ( 16.17 ). Le n ud SA est le stimulateur cardiaque du c ur et initie la propagation des potentiels d'action dans les oreillettes. Cette propagation de l'excitation atteint le n ud AV, o la conduction est ralentie afin que la contraction auriculaire puisse se produire et que les ventricules puissent tre remplis de mani re ad quate. L'excitation se propage ensuite rapidement dans les ventricules via les fibres de Purkinje afin que les myocytes ventriculaires se contractent de mani re coordonn e. Les propri t s de chaque composant du syst me de conduction cardiaque sont d crites dans les sections suivantes. Figue. 16.17 Le syst me de conduction cardiaque. CHAPITRE 16 l ments de la fonction cardiaque Le syst me nerveux autonome contr le divers aspects de la fonction cardiaque, tels que la fr quence cardiaque et la force de contraction. Cependant, la fonction cardiaque ne n cessite pas une innervation intacte. En effet, un patient avec une transplantation cardiaque, dont le c ur est compl tement d nerv , peut encore bien s'adapter des situations stressantes. La capacit d un c ur d nerv et transplant s adapter des conditions changeantes r side dans certaines propri t s intrins ques du tissu cardiaque, notamment son automaticit . Les propri t s d'automaticit (la capacit d'initier son propre battement) et de rythmicit (la r gularit de l'activit de stimulation cardiaque) permettent un c ur perfus de battre m me lorsqu'il est compl tement loign du corps. Le rythme cardiaque des vert br s est d origine myog nique. Si le syst me vasculaire coronaire d'un c ur excis est artificiellement perfus avec du sang ou une solution lectrolytique oxyg n e, des contractions cardiaques rythmiques peuvent persister pendant plusieurs heures. Certaines cellules des oreillettes et des ventricules peuvent d clencher des battements ; ces cellules r sident principalement dans les tissus nodaux ou les fibres conductrices sp cialis es du c ur. Comme indiqu , la r gion du c ur des mammif res qui g n re habituellement des impulsions la plus grande fr quence est le n ud SA ; c'est le principal stimulateur cardiaque. Une cartographie d taill e des potentiels lectriques la surface de l'oreillette droite a r v l que deux ou trois sites d'automaticit , situ s 1 ou 2 cm du n ud SA lui-m me, servent avec le n ud SA de complexe de stimulateur auriculaire. Parfois, tous ces locus d clenchent des impulsions simultan ment. d autres moments, le site de la premi re excitation se d place d un locus l autre, en fonction de certaines conditions, telles que le niveau d activit neuronale autonome. Chez l'homme, le n ud SA mesure environ 8 mm de long et 2 mm d' paisseur et se situe en arri re dans le sillon la jonction entre la veine cave sup rieure et l'oreillette droite. L art re du n ud sinusal traverse le centre du n ud dans le sens de la longueur. Le n ud SA contient deux types de cellules principaux : (1) de petites cellules rondes qui contiennent peu d'organites et de myofibrilles et (2) des cellules minces et allong es qui sont d'apparence interm diaire entre les cellules myocardiques auriculaires rondes et ordinaires . Les cellules rondes sont probablement les cellules du stimulateur cardiaque ; les cellules minces et allong es conduisent probablement les impulsions l'int rieur du n ud et vers les marges nodales. Un potentiel d'action transmembranaire typique enregistr partir d'une cellule de n ud SA est repr sent sur la figure 16.10B. En comparaison avec le potentiel transmembranaire enregistr partir d'une cellule myocardique ventriculaire (voir Fig. 16.10A ), le potentiel de repos de la cellule du n ud SA est g n ralement moins n gatif, la mont e du potentiel d'action (phase 0) est moins abrupte, le plateau n'est pas maintenu et la repolarisation (phase 3) est plus progressive. Ce sont des attributs caract ristiques de la r ponse lente. La t trodotoxine (qui bloque le courant Na+ rapide) n'a aucune influence sur le potentiel d'action nodal SA car la mont e du potentiel d'action n'est pas produite par un courant Na+ entrant travers des canaux rapides. Ainsi, la t trodotoxine n a aucun effet sur les cellules qui pr sentent une r ponse lente. Habituellement, la fr quence de tir du stimulateur cardiaque est contr l e syst me. Augmentation de l activit nerveuse sympathique, gr ce au la lib ration de noradr naline augmente la fr quence cardiaque principalement en augmentant la pente de la d polarisation diastolique lente. Ce m canisme d'augmentation des fonctions de la fr que |
Physiologie de Ganong et Levy | nce cardiaque lors d'un effort physique, d'anxi t ou de certaines maladies telles que l'infection f brile A maladies. Augmentation de l activit vagale, gr ce la lib ration de l'ac tylcholine, diminue la fr quence cardiaque en hyperpolarisant la membrane cellulaire du stimulateur cardiaque et en r duisant la pente de la d polarisation diastolique lente. Ces m canismes activit hypersympathique pr dominante. Un exemple extr me Il s'agit d'une syncope vasovagale, une br ve p riode d' tourdissements ou de perte de conscience provoqu e par une intense pouss e d'activit vagale. Ce type de syncope est une r ponse r flexe la douleur ou certains stimuli psychologiques. Figue. 16.18 M canismes impliqu s dans les changements de fr quence de d clenchement du stimulateur cardiaque. UN, Une r duction de la pente (d'une vague l'autre) b) de d polarisation diastolique lente diminue la fr quence d'allumage. TP, potentiel de seuil. B, une augmentation du potentiel de seuil (de TP-1 TP 2) ou une augmentation de l'ampleur du potentiel diastolique maximal ( partir des segments d'ondes jusqu' ) diminue galement la fr quence d' mission. (De HoffmanBF, CranefieldPF. Electrophysiology of the Heart. New York: McGraw Hill; 1960.) Le potentiel transmembranaire au cours de la phase 4 est beaucoup moins n gatif dans les cellules automatiques nodales SA (et AV) que dans les myocytes auriculaires ou ventriculaires car les cellules nodales sont d pourvues du canal potassique de type iK1 (rectification vers l'int rieur). Ainsi, le rapport gK/gNa au cours de la phase 4 est bien moindre dans les cellules nodales que dans les myocytes. Ainsi, au cours de la phase 4, Vm s carte beaucoup plus du potentiel d quilibre de Nernst (EK) K+ dans les cellules nodales que dans les myocytes. La principale caract ristique d'une cellule de stimulateur cardiaque qui la distingue des autres cellules se manifeste dans la phase 4. Dans les cellules non automatiques, le potentiel reste constant pendant cette phase, alors qu'une fibre de stimulateur cardiaque est caract ris e par une d polarisation diastolique lente tout au long de la phase 4. La d polarisation se d roule un rythme constant. taux jusqu' ce qu'un seuil soit atteint, et un potentiel d'action est alors d clench . La fr quence des cellules du stimulateur cardiaque peut varier en modifiant (1) le taux de d polarisation pendant la phase 4, (2) la n gativit maximale pendant la phase 4 ou (3) le potentiel de seuil ( 16.18). Lorsque le taux de d polarisation diastolique lente augmente, le potentiel seuil est atteint plus t t et la fr quence cardiaque augmente. Une augmentation du potentiel seuil retarde le d but de la phase 0 et la fr quence cardiaque est r duite. De m me, lorsque le potentiel n gatif maximal augmente, il faut plus de temps pour atteindre le potentiel seuil, lorsque la pente de la phase 4 reste inchang e, et la fr quence cardiaque diminue donc. Base ionique de l'automaticit Plusieurs courants ioniques contribuent la lente d polarisation diastolique qui se produit typiquement dans le syst me automatique. Les modifications de l'activit neuronale autonome ne modifient g n ralement pas la fr quence cardiaque en modifiant le seuil de V dans les cellules nodales stimulateurs cardiaques. Cependant, certains m dicaments antiarythmiques, tels que la quinidine et le proca namide, modifient le potentiel de seuil des cellules automatiques sans valeurs n gatives. cellules du c ur. Dans les cellules du stimulateur cardiaque du n ud SA, au moins trois courants ioniques assurent la m diation de la lente d polarisation diastolique : (1) un courant K+ vers l'ext rieur, iK ; (2) un courant entrant induit par l'hyperpolarisation, si ; et (3) un courant Ca++ entrant, ICa ( Figure 16.19 Le d clenchement r p titif de la cellule du stimulateur cardiaque commence par le courant iK. L'efflux de K+ a tendance repolariser la cellule apr s la mont e du potentiel d'action. K+ continue de s' loigner bien au-del du moment de repolarisation maximale, mais son efflux diminue tout au long de la phase 4 (voir 16.19 ). mesure que le courant diminue, son opposition aux effets d polarisants des deux courants entrants (if et iCa) diminue galement progressivement. La d polarisation diastolique progressive est m di e par les courants if et iCa, qui s'opposent l'effet repolarisant du courant iK. Le courant entrant est activ vers la fin de la repolarisation et est transport principalement par Na+ travers des canaux sp cifiques qui diff rent des canaux sodiques rapides. Le courant a t qualifi de dr le parce qu'il les d couvreurs ne s'attendaient pas d tecter un courant Na+ entrant dans les cellules du stimulateur cardiaque la fin de la repolarisation. Ce courant est activ lorsque le potentiel de membrane devient hyperpolaris au-del de 50 mV. Plus le potentiel membranaire est n gatif ce moment, plus l'activation de if est importante. Le deuxi me courant |
Physiologie de Ganong et Levy | responsable de la d polarisation diastolique est le courant Ca++ redresseur entrant, iCa. Ce courant est activ vers la fin de la phase 4 lorsque le potentiel de membrane atteint une valeur d'environ 35 mV (voir 16.19 ). Une fois les canaux calciques activ s, l afflux de Ca++ dans la cellule augmente. Cet afflux acc l re le taux de d polarisation diastolique, ce qui conduit ensuite la mont e du potentiel d'action. Une diminution des extracellulaires Fig. 16.19 Les changements de potentiel membranaire (trace bleue, moiti sup rieure) qui se produisent dans les cellules du n ud auriculaire sont produits par trois courants principaux (trace verte, moiti inf rieure) : le courant Ca++ entrant (iCa), un courant entrant induit par l'hyperpolarisation (if) et un courant K+ vers l'ext rieur (iK). La trace verte fine et bruyante montre le courant de membrane net et l' volution temporelle approximative du courant polarisant vers l'ext rieur K + (iK), du courant vers l'int rieur induit par l'hyperpolarisation (if) et du courant Ca ++ de type L (iCa). dans la trace actuelle indique l'ampleur et la direction de l'If estim . (Redessin de van Ginneken ACG, Giles W.J Physiol. 1991 ; 434 : 57.) Th so appel courant dr le (si) dans les cellules anodiques SA cardiaques, est activ par hyperpolarisation et contr l par des nucl otides cycliques, et son canal est d sign HCN. Il y a quatre membres du HCN. la famille des g nes, et de tels canaux se trouvent dans les neurones du syst me nerveux central qui g n rent des potentiels d'action de mani re r p titive. Le segment transmembranaire 4 (S4) du HCN contient de nombreux acides amin s charg s positivement qui agissent comme des capteurs de tension, qui sont galement pr sents dans la tension. Canaux sodiques, potassiques et calciques ferm s. Le canal dominant exprim dans le c ur est d riv du g ne H CN4. Mutations dans les acides amin s en S4 et dans le S4- Le lien S5 provoque des changements marqu s dans la d pendance la tension de l'activation, de telle sorte qu'une plus grande hyperpolarisation est n cessaire pour ouvrir le canal. Cet effet est similaire celui de l'ac tylcholine, et il a t pr dit que l'apparition de telles mutations dans le c ur humain pourrait tre l'origine d'une bradycardie sinusale et du syndrome des sinus malades. Figue. 16.20 Potentiels d action membranaire enregistr s partir d une cellule de stimulateur cardiaque du n ud sino-auriculaire. La concentration de Ca++ dans le bain a t r duite de 2 0,2 mmol/L ( mM ). (Modifi partir de KohlhardtM, etal. Basic Res Cardiol. 1976;71:17.) 60 0 Ca++ 2 mM 500 msec Ca++ 0,2 mM mV Fig. 16.20 ) ou l'ajout d'antagonistes des canaux calciques diminue l'amplitude du potentiel d'action et la pente de la d polarisation diastolique lente dans les cellules du n ud SA. Les recherches indiquent que des courants ioniques suppl mentaires, notamment un courant Na+ entrant (iNa) soutenu (de fond), le courant Ca++ de type T et le courant d' change Na+/Ca++ d clench par la lib ration spontan e de Ca++ du r ticulum sarcoplasmique, peuvent galement tre impliqu s. en stimulation cardiaque. Ces observations illustrent les nombreuses fa ons de maintenir cette fonction vitale. Les r gions du c ur autres que l'anode SA peuvent initier des battements dans des circonstances particuli res. De tels sites sont appel s foyers ectopiques ou stimulateurs cardiaques ectopiques. Les foyers ectopiques peuvent devenir des stimulateurs cardiaques lorsque (1) leur propre rythme est am lior , (2) la rythmique des stimulateurs cardiaques d'ordre sup rieur devient d prim e, ou (3) toutes les voies de conduction entre le foyer ectopique et les r gions pr sentant une rythmicit plus lev e deviennent bloqu es. faisant chouer les centres. Cependant, si un centre ectopique se d clenche alors que le centre normal de cr ation de rythme fonctionne toujours, l'ectop L'activit physique peut induire soit des perturbations sporadiques du rythme, telles que des d polarisations pr matur es, soit des perturbations continues du rythme, telles que des paroxysmaltachycardies (voir la section Les neurotransmetteurs autonomes affectent l'automaticit en modifiant les courants ioniques membranaires. Les metteurs adr nergiques augmentent les trois courants impliqu s dans l automaticit nodale SA. Pour augmenter la pente de d polarisation diastolique, l'augmentation de if et iCa par les metteurs adr nergiques doit d passer l'augmentation de iK par ces m mes metteurs. L'hyperpolarisation induite par l'ac tylcholine lib r e par les terminaisons nerveuses vagues du c ur est obtenue par l'activation de canaux potassiques sp cifiques : la base ionique de l'automaticit dans les cellules du stimulateur cardiaque du n ud AV ressemble celle des cellules du n ud SA. Des m canismes similaires expliquent galement l'automaticit dans les fibres ventriculaires de Purkinje, sauf que le courant rapide Na+ plut t que iCa est impliqu . |
Physiologie de Ganong et Levy | En outre, un courant K + d pendant de la tension et du temps, plut t que le courant entrant induit par l'hyperpolarisation, a t sugg r pour m dier la lente d polarisation diastolique ; cela reste cependant clarifier. Canaux potassiques r gul s par l'ac tylcholine (KACh). L'ac tylcholine d prime galement les courants if et iCa. Les effets neurov g tatifs sur les cellules cardiaques sont d crits plus en d tail dans Lorsque le n ud SA ou d'autres composants du complexe du stimulateur auriculaire sont excis s ou d truits, les cellules du stimulateur cardiaque de la jonction AV assument g n ralement la fonction de stimulateur cardiaque pour l'ensemble du c ur. Apr s un certain temps, qui peut varier de quelques minutes quelques jours, les cellules automatiques des oreillettes redeviennent g n ralement dominantes et reprennent leur fonction de stimulateur cardiaque. Les fibres de Purkinje dans le syst me de conduction sp cialis des ventricules pr sentent galement une automaticit . Ces fibres se d clenchent g n ralement un rythme tr s lent. Lorsque la jonction AV ne peut pas conduire les impulsions cardiaques des oreillettes vers les ventricules, ces stimulateurs cardiaques idioventriculaires du r seau de fibres de Purkinje d clenchent les contractions ventriculaires, mais une fr quence de seulement 30 40 battements par minute. Si une focalisation ectopique dans l'une des oreillettes commen ait soudainement se d clencher une fr quence lev e (par exemple, 150 impulsions par minute) chez un individu ayant une fr quence cardiaque normale de 70 battements par minute, le site ectopique deviendrait le stimulateur cardiaque de tout le c ur. l'intervalle entre la fin de la p riode de surmultiplication et la reprise du tir de l'anode SA est appel le sinus. temps de r cup ration du n ud. Chez les patients atteints du syndrome du sinus malade, le temps de r cup ration du n ud sinusal est prolong . La p riode de systole qui en r sulte (absence de battement cardiaque) peut provoquer une perte de conscience. L automaticit des cellules du stimulateur cardiaque diminue une fois que ces cellules ont t excit es haute fr quence. Ce ph nom ne est connu sous le nom de suppression de surmultiplication. tant donn que la rythmicit intrins que du n ud SA est sup rieure celle des autres sites de stimulation latents dans le c ur, le d clenchement du n ud SA tend supprimer l'automaticit dans les autres loci. La suppression de l overdrive r sulte de l activit de la Na+,K+-ATPase membranaire. Une certaine quantit de Na+ p n tre dans la cellule cardiaque lors de chaque d polarisation. Plus la cellule est d polaris e fr quemment, plus Na+ p n tre dans la cellule par minute. des fr quences d excitation lev es, l activit de Na+,K+-ATPase augmente pour extruder cette plus grande quantit de Na+ de la cellule. L'activit de la Na+,K+-ATPase hyperpolarise la cellule car trois ions Na+ sont extrud s par la pompe en change de deux ions K+ qui p n trent dans la cellule (voir ). Par cons quent, une d polarisation diastolique lente n cessite plus de temps pour atteindre le seuil de d clenchement. De plus, lorsque l overdrive cesse brusquement, l activit de la Na+,K+-ATPase ne ralentit pas instantan ment mais reste temporairement hyperactive. Cette extrusion continue de Na+ s oppose la d polarisation progressive de la cellule du stimulateur cardiaque au cours de la phase 4 et supprime temporairement l automaticit intrins que de la cellule. partir du n ud SA, l'influx cardiaque se propage radialement dans l'oreillette droite (voir Fig. 16.17 ) le long des fibres myocardiques auriculaires ordinaires une vitesse de conduction d'environ 1 m/seconde. Une voie sp ciale, la bande myocardique interauriculaire ant rieure (ou faisceau de Bachmann), conduit l'impulsion du n ud SA directement vers l'oreillette gauche. L'onde d'excitation progresse vers le bas travers l'oreillette droite et atteint finalement le n ud AV (voir Fig. 16.17 ), qui est normalement la seule voie d'entr e de l'influx cardiaque vers les ventricules. Certaines personnes disposent de voies AV accessoires. Parce que ces voies font souvent partie de la boucle d'entr e (voir cette section ), elles peuvent tre associ es de graves perturbations du rythme cardiaque. Le syndrome de Wolff-Parkinson White, une perturbation cong nitale, est le trouble clinique le plus courant dans lequel un contournement du myocarde Les alfibres deviennent une voie accessoire entre la chaleur et les ventricules. Habituellement, le syndrome ne provoque aucune anomalie fonctionnelle. Syst me Purkinje. Cette pr excitation appara t comme une reconfiguration bizarre dans le complexe ventriculaire (QRS) de l'ECG. Cependant, l'occasion, une boucle d'entr e se d veloppe dans laquelle l'impulsion auriculaire se d place vers les ventricules via l'une des deux voies AV (n ud AV ou voie de contournement), puis revient vers les oreillettes par l'autre de ce |
Physiologie de Ganong et Levy | s deux voies. tourner autour de la boucle entra ne un rythme tr s rapide (tachycardie supraventriculaire). Ce rythme rapide peut tre incapable car il peut ne pas laisser suffisamment de temps pour le remplissage ventriculaire. r gion) abolit g n ralement la tachycardie et r tablit un rythme sinusal normal. Le plateau auriculaire (phase 2) est plus bref et moins d velopp , et la repolarisation (phase 3) est plus lente (voir Fig. 16.10 ) que dans une fibre ventriculaire typique. La dur e du potentiel d'action dans les myocytes auriculaires est plus br ve que celle dans les myocytes ventriculaires car l'efflux de K+ est plus important pendant le plateau dans les myocytes auriculaires que dans les myocytes ventriculaires. La pr sence d'un courant K+ ultrarapide (IKur) dans les myocytes auriculaires, mais pas dans les myocytes ventriculaires, contribue un efflux de K+ plus important et des potentiels d'action plus courts dans les myocytes auriculaires. L'onde d'excitation auriculaire atteint les ventricules via le n ud AV. Chez l'homme adulte, ce n ud mesure environ 15 mm de long, 10 mm de large et 3 mm d' paisseur. Le n ud est situ en arri re du c t droit du septum inter-auriculaire, pr s de l'ostium du sinus coronaire. Le n ud AV contient les deux m mes types de cellules que le n ud SA, mais les cellules rondes Fig. 16.21 Potentiels membranaires enregistr s partir d'une cellule ganglionnaire auriculo-ventriculaire dans des conditions de contr le (C) et en pr sence de concentrations d'agonistes des canaux calciques diltiazemat de 0,1, 0,3 et 1 mol/L. 0,3 1 mV dans le n ud AV sont moins abondants et les cellules allong es pr dominent. Le n ud AV est compos de trois r gions fonctionnelles : la r gion atrionodale (AN), ou la zone de transition entre l'oreillette et le reste du n ud ; (2) la r gion nodale (N), ou la partie m diane du n ud AV ; et la r gion nodale-His (NH), ou la zone dans laquelle les fibres nodales fusionnent progressivement avec le faisceau de His, qui est la partie sup rieure du syst me conducteur sp cialis des ventricules (voir 16.17). Normalement, le n ud AV et le faisceau de His sont les seules voies par lesquelles l'influx cardiaque se propage des oreillettes aux ventricules. Plusieurs caract ristiques de la conduction AV ont une signification physiologique et clinique. Le principal retard dans la conduction des impulsions des oreillettes vers les ventricules se produit dans les r gions AN et N du n ud AV. La vitesse de conduction est en r alit inf rieure dans la r gion N que dans la r gion AN. Cependant, la longueur du trajet est nettement plus grande dans la r gion AN que dans la r gion N. Les temps de conduction travers les r gions AN et N expliquent le d lai entre le d but de l'onde P (la manifestation lectrique de l'excitation auriculaire) et le complexe QRS (la manifestation lectrique de l'excitation ventriculaire) sur un ECG (voir la section lectrocardiographie ). En termes de fonction, le d lai entre l'excitation auriculaire et ventriculaire permet un remplissage ventriculaire optimal lors de la contraction auriculaire. Dans la r gion N, les potentiels d action r ponse lente pr dominent. Le potentiel de repos est d'environ -60 mV, la vitesse de mont e est faible ( 5 V/s) et la vitesse de conduction est d'environ 0,05 m/s. La t trodotoxine, qui bloque les canaux sodiques rapides, n'a pratiquement aucun effet sur les potentiels d'action dans cette r gion (ou sur toute autre fibre r ponse lente). A l inverse, les antagonistes des canaux calciques diminuent l amplitude et la dur e des potentiels d action ( Figue. 16.21 ) et d primez la conduction AV. bLes formes des potentiels d'action dans la r gion AN sont interm diaires entre celles de la r gion N et celles des oreillettes. De m me, les potentiels d'action dans la r gion NH sont transitionnels entre ceux de la r gion N et ceux du faisceau de His. CHAPITRE 16 l ments de la fonction cardiaque Comme d'autres potentiels d'action r ponse lente, la p riode r fractaire relative des cellules de la r gion N s' tend bien au-del de la p riode de repolarisation compl te ; c'est- -dire que ces cellules pr sentent un caract re r fractaire post-repolarisation (voir 16.15 ). mesure que la fr quence cardiaque augmente, le temps entre les d polarisations auriculaires successives diminue et la conduction travers la jonction AV ralentit. L allongement anormal du temps de conduction AV est appel bloc AV du premier degr (voir la rubrique ). La majeure partie de la prolongation de la conduction AV induite par une augmentation de la fr quence auriculaire a lieu dans la r gion N du n ud AV. Les impulsions ont tendance tre bloqu es dans le n ud AV des fr quences de stimulation qui sont facilement transmises dans d'autres r gions du c ur. Si les oreillettes sont d polaris es un taux de r p tition lev , seule une fraction (par exemple la moiti ) des impulsions auriculaires peut tre conduite tr |
Physiologie de Ganong et Levy | avers la jonction AV jusqu'aux ventricules. Le mod le de conduction dans dont seule une fraction des impulsions auriculaires est conduite vers les ventricules est appel bloc AV du deuxi me degr (voir la section ). Ce type de bloc peut prot ger les ventricules des fr quences de contraction excessives, le temps de remplissage entre les contractions pouvant tre insuffisant. Une conduction r trograde peut se produire via le n ud AV. Cependant, le temps de conduction est significativement plus long et l'impulsion est bloqu e des taux de r p tition plus faibles lorsque l'impulsion est conduite dans la direction r trograde plut t que dans la direction ant rograde. De plus, le n ud AV est un site commun de r entr e (voir la section Comme dans le n ud SA, le syst me nerveux autonome r gule la conduction AV. Une faible activit vagale peut simplement prolonger le temps de conduction AV. Ainsi, pour une dur e de cycle auriculaire donn e, le temps de conduction oreillette-His ou oreillette-ventricule est prolong par la stimulation vagale. Une activit vagale plus forte peut provoquer le blocage de tout ou partie des impulsions provenant des oreillettes dans le n ud. Le mod le de conduction dans lequel aucune des impulsions auriculaires n'atteint les ventricules est appel bloc AV du troisi me degr , ou complet (voir la section ). Le retard ou l'absence de conduction induit par le vagal travers le n ud AV se produit principalement dans la r gion N. Cet effet de stimulation vagale refl te l'action de l'ac tylcholine pour hyperpolariser la membrane des fibres conductrices dans la r gion N (Fig. 16.22). Plus l'hyperpolarisation est importante au moment de l'arriv e de l'influx auriculaire, plus la conduction AV est alt r e. Les nerfs sympathiques cardiaques, en revanche, facilitent la conduction AV. Ils diminuent le temps de conduction AV et am liorent la rythmicit des stimulateurs cardiaques latents dans la jonction AV. La nor pin phrine lib r e au Les terminaisons nerveuses sympathiques postganglionnaires augmentent l'amplitude et la pente de la course ascendante des potentiels d'action du n ud AV, principalement dans les r gions AN et N du n ud. Le faisceau de His passe sous endocardique le long du c t droit du septum interventriculaire sur environ 1 cm Fig. 16.22 Effets d'un bref stimulus vagal (St) sur le potentiel transmembranaire. Cette r ponse a t enregistr e partir d'une fibre nodale anatrioventriculaire (AV) (trace rouge). Les potentiels d'action compos s ont t enregistr s partir de l'atrium (A1, A2, A3; trace bleue sup rieure) et du syst me His Purkinje (H; bleu inf rieur Notez que peu de temps apr s la stimulation vagale, la membrane de la fibre tait hyperpolaris e. L'excitation th trale (A2) qui arrivait au n ud AV lorsque la cellule tait hyperpolaris e n'a pas pu tre conduite, comme l'indique l'absence de d polarisation dans le his lectogramme (H). nA2 ont t conduits dans la r gion de Hisbundle. (Redessin de Mazgalev T.etal.Am J Physiol. 1986;251:H631.) puis se divise en branches droite et gauche (voir 16.17 ). La branche droite du faisceau, continuation directe du faisceau de His, descend du c t droit du septum interventriculaire. La branche du faisceau gauche, consid rablement plus paisse que la droite, na t presque perpendiculairement au faisceau de His et perce le septum interventriculaire. Sur la surface sous-endocardique du c t gauche du septum interventriculaire, la branche du faisceau gauche se divise en une fine division ant rieure et une paisse division post rieure. La conduction des impulsions dans la branche droite ou gauche du faisceau peut tre alt r e. Des blocs de conduction peuvent se d velopper dans une ou plusieurs de ces voies de conduction la suite d'une maladie coronarienne ou de processus d g n ratifs associ s au vieillissement, et ils donnent naissance des sch mas ECG caract ristiques. Le bloc de l'une des branches principales est appel bloc de branche droit ou gauche. Le bloc d une autre division de la branche du faisceau gauche est appel h mibloc ant rieur gauche ou post rieur gauche. La branche droite du faisceau et les deux divisions de la branche gauche du faisceau se subdivisent finalement en un r seau complexe de fibres conductrices, appel es fibres de Purkinje, qui s' tendent sur les surfaces sous-endocardiques des deux ventricules. Les fibres de Purkinje poss dent de nombreux sarcom res dispos s lin airement, tout comme les myocytes. Cependant, le syst me tubulaire transversal (T), bien d velopp dans les myocytes, est absent dans les fibres de Purkinje de nombreuses esp ces. Les fibres de Purkinje sont les cellules les plus larges du c ur : 70 80 m de diam tre, contre 10 15 m de diam tre pour les myocytes ventriculaires. En partie cause du grand diam tre des fibres de Purkinje, la vitesse de conduction (1 4 m/seconde) dans ces fibres d passe celle de tout autre type de fibre dans le c ur. La vitesse de c |
Physiologie de Ganong et Levy | onduction accrue permet une activation rapide de toute la surface endocardique des ventricules. Les potentiels d'action enregistr s partir des fibres de Purkinje ressemblent ceux des fibres myocardiques ventriculaires ordinaires. Cependant, en raison de la longue p riode r fractaire des potentiels d'action des fibres de Purkinje, de nombreuses excitations pr matur es des oreillettes sont conduites via la jonction AV mais sont ensuite bloqu es par les fibres de Purkinje. Le blocage de ces excitations auriculaires emp che la contraction pr matur e des ventricules. Cette fonction de protection des ventricules contre les effets d'une d polarisation auriculaire pr matur e est particuli rement prononc e des fr quences cardiaques lentes car la dur e du potentiel d'action, et donc la p riode r fractaire effective, des fibres de Purkinje varient inversement avec la fr quence cardiaque (voir 16.16 ). des fr quences cardiaques lentes, la p riode r fractaire efficace des fibres de Purkinje est particuli rement prolong e. Contrairement aux fibres de Purkinje, la p riode r fractaire effective des cellules du n ud AV ne change pas sensiblement dans la plage normale des fr quences cardiaques et augmente en fait des fr quences cardiaques tr s rapides. Ainsi, lorsque l oreillette est excit e des fr quences de r p tition lev es, c est le n ud AV qui prot ge normalement les ventricules de ces fr quences trop lev es. Les premi res parties des ventricules excit es par les impulsions provenant du n ud AV sont le septum interventriculaire ( l'exception de la partie basale) et les muscles papillaires. L'onde d'activation se propage dans la substance du septum partir de ses surfaces endocardiques gauche et droite. La contraction pr coce du septum le rend plus rigide et lui permet de servir de point d'ancrage la contraction du myocarde ventriculaire restant. De plus, une contraction pr coce des muscles papillaires emp che l version des valvules AV vers les oreillettes pendant la systole ventriculaire. Les surfaces endocardiques des deux ventricules sont activ es rapidement, mais l'onde d'excitation se propage de l'endocarde l' picarde une vitesse plus lente ( 0,3 0,4 m/sec). La surface picardique du ventricule droit est activ e plus t t que celle du ventricule gauche car la paroi du ventricule droit est sensiblement plus fine que la gauche. De plus, les r gions picardiques apicale et centrale des deux ventricules sont activ es un peu plus t t que leurs r gions basales respectives. Les derni res parties des ventricules tre excit es sont les r gions picardiques basales post rieures et une petite zone dans la partie basale du septum interventriculaire. Les conditions n cessaires la r entr e (d finies dans l'encadr suivant) sont illustr es dans Figure 16.23 . Dans chacun des quatre panneaux, un seul faisceau de fibres cardiaques se divise en une branche gauche et une branche droite. Des changements de direction similaires au cours de la p riode r fractaire se produisent galement dans les myocytes ventriculaires en r ponse aux changements de la fr quence cardiaque. Figue. 16.23 Le r le du blocage unidirectionnel dans la r entr e. UN, Une onde d'excitation descendant sous la forme d'un seul faisceau (S) de fibres continue vers les branches gauche (L) et droite (R). L'onde de d polarisation p n tre dans la branche de connexion (C) par les deux extr mit s et s' teint dans la zone de collision. Un blocage unidirectionnel existe dans la branche R. L impulsion ant rograde est bloqu e, mais l impulsion r trograde est conduite et r int gre le faisceau S. entre les deux branches. Normalement, l'impulsion descendant dans le faisceau unique est conduite le long des branches gauche et droite (voir Figure 16.23A ). Lorsque l'impulsion atteint le lien vers le faisceau de connexion ( Fig. 16.23C), il entre des deux c t s et s' teint au point de collision. L'impulsion du c t gauche ne peut pas avoir lieu parce que le tissu au-del est absolument r fractaire ; il vient d' tre d polaris dans l'autre sens. L'impulsion ne peut pas non plus traverser le faisceau de connexion par la droite pour la m me raison. La figure 16.23B montre que l'impulsion ne peut pas terminer le circuit s'il existe un bloc ant rograde dans les branches gauche et droite du faisceau de fibres. De plus, si un bloc bidirectionnel existe en tout point de la boucle (par exemple, branche R dans Figue. 16.23C ), l'impulsion ne peut pas non plus rentrer. Dans certaines conditions, une impulsion cardiaque peut r exciter une r gion myocardique par laquelle elle tait pass e pr c demment. Ce ph nom ne, appel r entr e, est responsable de nombreuses arythmies cliniques (perturbations du rythme cardiaque). L'entr e peut tre ordonn e ou al atoirement. Une condition n cessaire la r entr e est qu' un moment donn de la boucle, l'impulsion puisse passer dans une direction. mais pas dans l'autre. Ce ph nom ne est appel blocage unidirectio |
Physiologie de Ganong et Levy | nnel. Comme le montre Fig. 16.23D, l'impulsion peut descendre CHAPITRE 16 l ments de la fonction cardiaque la branche gauche normalement mais est bloqu e dans la direction ant rograde dans la branche droite en raison d'un changement pathologique dans les cellules myocardiques de cette branche. L'impulsion qui a t conduite le long de la branche gauche et travers la branche de connexion du faisceau de connexion peut alors p n trer dans la r gion d prim e de la branche droite depuis la direction r trograde, m me si l'impulsion ant rograde avait t bloqu e auparavant au niveau de ce m me site. Pourquoi l impulsion ant rograde est-elle bloqu e mais pas l impulsion r trograde ? La raison en est que l'impulsion ant rograde arrive dans la r gion d prim e de la branche droite plus t t que l'impulsion r trograde parce que la longueur du trajet de l'impulsion ant rograde est tr s courte, alors que l'impulsion r trograde parcourt un chemin beaucoup plus long. Par cons quent, l impulsion ant rograde peut tre bloqu e simplement parce qu elle arrive dans la r gion d prim e pendant sa p riode r fractaire effective. Si l'impulsion r trograde est suffisamment retard e, la p riode r fractaire peut tre termin e dans la r gion affect e, et l'impulsion peut alors tre reconduite travers cette r gion et revenir au faisceau unique. Bien que le blocage unidirectionnel soit une condition n cessaire la r entr e, il ne peut lui seul provoquer la r entr e. Pour que la r entr e se produise, la p riode r fractaire effective de la r gion r entr e doit tre plus courte que le temps de conduction autour de la boucle. Dans Fig. 16.23D, si le tissu juste au-del de la zone d prim e dans la branche droite est encore r fractaire la d polarisation ant rograde, l'impulsion r trograde ne sera pas conduite dans la branche du faisceau unique. Par cons quent, les conditions qui favorisent la r entr e sont celles qui prolongent le temps de conduction ou raccourcissent la p riode r fractaire effective. Les caract ristiques fonctionnelles des diff rents composants des boucles de r entr e responsables d'arythmies cardiaques sp cifiques sont diverses. Certaines boucles sont grandes et impliquent des faisceaux de conduction sp cialis s entiers, tandis que d'autres sont microscopiques. La boucle peut inclure des fibres myocardiques, des fibres conductrices sp cialis es, des cellules nodales et des tissus jonctionnels dans presque tous les agencements imaginables. De plus, les diff rentes cellules cardiaques de l anse peuvent tre normales ou anormales. La vitesse de propagation le long d'une fibre de conduction cardiaque multicellulaire est normalement facilit e par les jonctions lacunaires situ es entre les fibres conductrices cons cutives. Les variations dans la structure prot ique des connexines dans les jonctions lacunaires peuvent affecter la vitesse de propagation le long de ces fibres. La structure chimique des connexines sp cifiques peut varier localement dans les tissus cardiaques et, par cons quent, peut tablir des variations locales de la vitesse de propagation. De telles variations topiques de vitesse pourraient inclure des r gions de blocage unidirectionnel qui induisent des perturbations du rythme r entrant. L'activit d clench e est ainsi nomm e car elle est toujours coupl e un potentiel d'action pr c dent. L'activit r entrante tant galement coupl e un potentiel d'action pr c dent, les arythmies induites par une activit d clench e sont g n ralement difficiles distinguer de celles induites par la r entr e. L'activit d clench e est provoqu e par des post-d polarisations, dont deux types Fig. 16.24 Effet de la stimulation diff rentes longueurs de cycle (CL) sur les post-d polarisations pr coces (EAD) induites par le c sium dans une fibre Purkinje. A, les EAD ne sont pas vidents. B, les EAD apparaissent en premier (fl ches). Le troisi me EAD atteint le seuil et d clenche un potentiel d action (troisi me fl che). C, les EAD qui apparaissent apr s chaque d polarisation entra n e d clenchent un potentiel d'action. Les potentiels d'action d clench s se produisent lors d'alvos. (Modifi partir de DamianoBP, RosenM.Circulation. 1984;69:1013.) sont reconnus : les post-d polarisations pr coces (EAD) et les post-d polarisations retard es (DAD). Les EAD peuvent appara tre soit la fin du plateau du potentiel d'action (phase 2), soit peu pr s au milieu de la repolarisation (phase 3), tandis que les DAD se produisent vers la toute fin de la repolarisation ou juste apr s la repolarisation compl te (phase 4). Les EAD sont plus susceptibles de se produire lorsque la fr quence cardiaque dominante est lente ; une fr quence cardiaque rapide supprime les EAD ( 16.24 ). Les EAD sont galement plus susceptibles de se produire dans les cellules cardiaques ayant un potentiel d action prolong que dans les cellules ayant un potentiel d action plus court. Par exemple, les EAD peuvent tre induits plus facilement dans les |
Physiologie de Ganong et Levy | myocytes de la r gion m dio-myocardique des parois ventriculaires que dans les myocytes des r gions endocardique ou picardique en raison du potentiel d'action plus long des myocytes m diocardiques (voir 16.5 ). Certains m dicaments antiarythmiques, comme la quinidine, prolongent le potentiel d'action. En cons quence, ces m dicaments augmentent la probabilit que des EAD surviennent. Par cons quent, certains m dicaments antiarythmiques sont galement proarythmiques. Dans certains cas, des mutations dans le g ne de la connexionxine 40 (GJA5) Cette mutation est l'origine du d veloppement de la fibrillation auriculaire. Cette mutation alt re l'assemblage des jonctions lacunaires dans les myocytes et r duit donc le couplage lectrique des cellules, comme d crit par Gollob M Hand collegues (2006). La corr lation directe entre la dur e du potentiel d action d une cellule et sa sensibilit aux EAD est li e au temps n cessaire aux canaux calciques des membranes cellulaires pour se remettre de l inactivation. Lorsque les potentiels d'action sont suffisamment prolong s, les canaux calciques activ s au d but du plateau ont suffisamment de temps pour se remettre de l'inactivation et peuvent donc tre r activ s avant que la cellule ne se repolarise compl tement. Cette activation secondaire pourrait alors d clencher un EAD. L'importance pathologique des EAD a t reconnue en relation avec le syndrome du QT long cong nital et induit par les m dicaments. mesure que le potentiel d'action s'allonge, les EAD se produisent et provoquent un d clenchement automatique. Dans l'ectrocardiogramme de l'el, ce probl me se manifeste sous la forme d'une tachycardie ventriculaire polymorphe, galement appel e torsades de pointes. pisodessoftorsadesdepointescanbeself limit e, mais peut voluer vers une fibrillation ventriculaire et une mort subite. Hypokali mie et bradycardie (voir Fig.16.24) sont des caract ristiques cliniques de cette pathologie. Restauration du K+ extracellulaire tonormallevelsandincreasingheartratearetwoapproachesusedtoovercomethepropensityfordevelopmentof torsadesdepointes. Contrairement aux EAD, les DAD sont plus susceptibles de se produire lorsque la fr quence cardiaque est lev e (Fig. 16.25). Les DAD sont associ s une [Ca++] intracellulaire lev e. Les amplitudes des DAD sont augment es par les interventions qui augmentent le [Ca++] intracellulaire, telles que l'augmentation du [Ca++] extracellulaire et l'administration de quantit s toxiques de glycosides digitaliques. Les niveaux lev s de Ca++ intracellulaire provoquent la lib ration oscillatoire de Ca++ du r ticulum sarcoplasmique. Ainsi, dans les cellules myocardiques, les DAD s accompagnent de petits changements rythmiques dans la force d velopp e. Le taux intracellulaire lev de [Ca++] active galement certains canaux membranaires qui permettent le passage du Na+ et du K+. Le flux net de ces cations constitue un courant entrant transitoire (iti), qui contribue l'apparition des DAD. Le [Ca++] intracellulaire lev peut galement activer l antiporteur 3Na+-Ca++. Cet antiporteur lectrog nique, qui d place trois ions Na+ dans la cellule pour chaque ion Ca++ qu'il lib re, cr e galement un courant cationique net entrant qui contribue l'apparition de DAD. L'ECG permet aux m decins de d duire l' volution des impulsions lectriques cardiaques en enregistrant les variations du potentiel lectrique divers endroits de la surface du corps. En analysant les d tails de ces fluctuations du potentiel lectrique, le m decin acquiert des informations pr cieuses sur (1) l'orientation anatomique du c ur ; (2) les tailles relatives de ses chambres ; (3) diverses perturbations du rythme et de la conduction ; (4) la mesure, localisation et progression des l sions isch miques du myocarde ; (5) les effets de Fig. 16.25 Potentiels d action transmembranaire enregistr s partir des fibres Purkinje. De l'ac tylstrophanthidine, de l'adigitalisglycoside, a t ajout au bain et des s quences de six battements entra n s (indiqu s par les points) ont chacune produit une longueur de cycle de base de donn es (BCL) de 800 (A), 700 (B), 600 (C) et 500 (D). msec. Notez que le retard apr s que les potentiels se soient produits apr s les battements pilot s et que ces potentiels apr s avoir atteint le seuil se maintiennent apr s le dernier battement pilot de B D. (FromFerrierGR, etal.Circ Res. 1973;32:600.) lectrolyte modifi concentration ; et (6) l'influence de certains m dicaments (notamment la digitaline, les agents antiarythmiques et les antagonistes des canaux calciques). L lectrocardiographie tant une discipline vaste et complexe, seuls les principes l mentaires sont abord s dans cette section. P-R QRS Q P R S T QT ST 0,1 s Fig. 16.26 D viations et intervalles importants d un lectrocardiogramme scalaire typique. En lectrocardiographie, une d rivation est la connexion lectrique entre la peau du patient et un appareil d enregistrement ( lectroc |
Physiologie de Ganong et Levy | ardiographe) qui mesure l activit lectrique du c ur. Le syst me de d rivations utilis pour enregistrer les ECG de routine est orient dans certains plans du corps. Les divers v nements lectriques qui existent dans le c ur tout moment peuvent tre repr sent s par un vecteur tridimensionnel (une quantit avec une ampleur et une direction). Un syst me d'enregistrement de d rivations orient es dans un plan donn ne d tecte que la projection du vecteur tridimensionnel sur ce plan. La diff rence de potentiel entre deux lectrodes d'enregistrement repr sente la projection du vecteur sur la ligne entre les deux fils. Les composantes des vecteurs projet s sur de telles lignes ne sont pas des vecteurs mais des quantit s scalaires (ayant une ampleur mais pas de direction). Par cons quent, un enregistrement des modifications de la diff rence de potentiel entre deux points de la surface de la peau au fil du temps est appel ECG scalaire. Un ECG scalaire d tecte les changements temporels du potentiel lectrique entre un point de la surface de la peau et une lectrode indiff rente ou entre des paires de points de la surface de la peau. L influx cardiaque progresse dans le c ur selon un sch ma tridimensionnel complexe. Par cons quent, la configuration pr cise de l ECG varie d un individu l autre et, chez un individu donn , le motif varie en fonction de l emplacement anatomique des d rivations. L'affichage graphique de l'impulsion lectrique enregistr e dans un ECG est appel un trac . En g n ral, un trac comprend des ondes P, QRS et T ( 16.26). L'onde P refl te la propagation de la d polarisation travers les oreillettes, l'onde QRS (ou complexe) refl te la d polarisation des ventricules et l'onde T repr sente la repolarisation des ventricules (la repolarisation des oreillettes se produit, et est donc masqu e, lors de la d polarisation ventriculaire) . L'intervalle PR (ou plus pr cis ment l'intervalle PQ) est une mesure du temps coul entre le d but de l'activation auriculaire et le d but de l'activation ventriculaire ; elle varie normalement de 0,12 0,20 seconde. Une grande partie de ce temps implique le passage de l'impulsion travers le syst me de conduction AV. Les prolongations pathologiques de l'intervalle PR sont associ es des perturbations de la conduction AV. De tels troubles peuvent tre produits par des m canismes inflammatoires, circulatoires, pharmacologiques ou neuronaux. La configuration et l'amplitude du complexe QRS varient consid rablement selon les individus. La dur e est g n ralement comprise entre 0,06 et 0,10 seconde. Un complexe QRS anormalement prolong peut indiquer un blocage des voies de conduction normales travers les ventricules (comme un blocage de la branche gauche ou droite du faisceau). Pendant l'intervalle ST, tout le myocarde ventriculaire est d polaris . Par cons quent, le segment ST se trouve normalement sur la ligne iso lectrique. Toute d viation appr ciable du segment ST par rapport la ligne iso lectrique peut indiquer une l sion isch mique du myocarde. L'intervalle QT, parfois appel p riode de systole lectrique des ventricules, est troitement corr l la dur e moyenne du potentiel d'action des myocytes ventriculaires. La dur e de l intervalle QT est d environ 0,4 seconde, mais elle varie inversement avec la fr quence cardiaque, principalement parce que la dur e du potentiel d action des cellules myocardiques varie inversement avec la fr quence cardiaque (voir Figure 16.16 Dans la plupart des d rivations, l'onde T est d vi e dans la m me direction de la ligne iso lectrique que le composant principal du complexe QRS, bien que les ondes T biphasiques (c'est- -dire dirig es de mani re oppos e) soient parfaitement normales dans certaines d rivations. D viation de l'onde T et du complexe QRS dans le m me sens par rapport la ligne iso lectrique indique que le processus de repolarisation se d roule dans une direction oppos e celle du processus de d polarisation. Les ondes T anormales en direction ou en amplitude peuvent indiquer des l sions myocardiques, des troubles lectrolytiques ou une hypertrophie cardiaque. Le syst me original de d rivations ECG a t con u par Willem Einthoven au d but du 20e si cle. Dans ce syst me, la somme vectorielle de toute l activit lectrique cardiaque tout moment est appel e vecteur cardiaque r sultant. Cette force lectrique directionnelle est consid r e comme se situant au centre d'un triangle quilat ral dont les sommets sont situ s dans les paules gauche et droite et dans la r gion pubienne ( 16.27 ). Ce triangle, appel triangle d Einthoven, est orient dans le plan frontal du corps. Ainsi, seule la projection du vecteur cardiaque r sultant sur le plan frontal est d tect e par ce syst me de d rivations. Pour plus de commodit , les lectrodes sont connect es aux avant-bras droit et gauche plut t qu aux paules correspondantes car les bras repr sentent de simples extensions lectriques de fils partant des p |
Physiologie de Ganong et Levy | aules. De m me, la jambe repr sente une extension du syst me de sondes depuis le pubis, et donc la troisi me lectrode est g n ralement connect e une cheville (g n ralement celle de gauche). Certaines conventions dictent la mani re dont ces d rivations standard des membres sont connect es l' lectrocardiographe. Lead I enregistre la diff rence de potentiel entre le bras gauche et le bras droit. Les connexions sont telles que lorsque la Fig. 16.27 Triangle d'Einthoven, illustrant les connexions lectrocardiographiques pour les d rivations standard I, II et III. Le potentiel du bras gauche (VLA) d passe le potentiel du bras droit (VRA), le trac est d vi vers le haut de la ligne iso lectrique. Dans Figure 16.27 Fig. 16.28, cette disposition des connexions pour le fil I est d sign e par un signe plus sur le bras gauche et par un signe moins sur le bras droit. Lead II enregistre la diff rence de potentiel entre le bras droit et la jambe gauche, et le trac est d vi vers le haut lorsque le potentiel au niveau de la jambe gauche (VLL) d passe VRA. Enfin, la d rivation III enregistre la diff rence de potentiel entre le bras gauche et la jambe gauche, et le trac est d vi vers le haut lorsque VLL d passe VLA. Ces connexions ont t choisies arbitrairement afin que les complexes QRS soient droits dans les trois d rivations standards des membres chez la plupart des individus normaux. Si la projection frontale d'un vecteur cardiaque r sultant un moment donn est repr sent e par une fl che (queue n gative, t te positive), comme dans Fig. 16.27, la diff rence de potentiel VLA VRA enregistr e dans la d rivation I est repr sent e par la composante du vecteur projet le long de la ligne horizontale entre le bras gauche et le bras droit, galement repr sent e sur la figure 16.27. Figure 16.27 . Si le vecteur fait un angle ( ) de 60 degr s avec la ligne horizontale (comme dans Fig. 16.28A), la d viation enregistr e dans la d rivation I est vers le haut car la pointe de fl che positive se trouve plus pr s du bras gauche que du bras droit. La d viation de la d rivation II est galement verticale car la pointe de la fl che se trouve plus pr s de la jambe gauche que la Fig. 16h28 Amplitude et direction des complexes QRS dans les c bles membres I, II et III lorsque l'axe lectrique moyen ( ) est de 60 degr s (A), 120 degr s (B) et 0 degr s (C). au bras droit. L'ampleur de la d viation du plomb II est sup rieure celle du plomb I car dans cet exemple, la direction du vecteur est parall le celle du plomb II ; par cons quent, l'ampleur de la projection sur le plomb II d passe celle sur le plomb I. De m me, dans le plomb III, la d viation est verticale et son ampleur est gale celle du plomb I. Si le vecteur dans La figure 16.27A est le r sultat d' v nements lectriques qui se produisent pendant le pic du complexe QRS, l'orientation de ce vecteur est cens e repr senter l'axe lectrique moyen du c ur dans le plan frontal. Le sens de rotation positif de cet axe est suppos tre dans le sens horaire partir du plan horizontal (contrairement la convention math matique habituelle). Chez les individus normaux, l'axe lectrique moyen est d'environ +60 degr s (comme dans Figure 16.28A ). Par cons quent, les complexes QRS sont g n ralement droits dans les trois d rivations et les plus grands dans la d rivation II. Si l'axe lectrique moyen se d place sensiblement vers la droite (comme dans Fig. 16.28B, dans laquelle = 120 degr s), les projections des complexes QRS sur les d rivations standards changent consid rablement. Dans ce cas, la d viation verticale la plus importante se situe dans la d rivation III, et la d viation dans la d rivation I est invers e car la pointe de la fl che est plus proche du bras droit que du bras gauche. Un tel d placement est appel d viation de l axe droit et se produit en cas d hypertrophie (c est- -dire d paisseur accrue) du ventricule droit. Lorsque l'axe se d place vers la gauche, comme cela se produit en cas d'hypertrophie du ventricule gauche (voir Fig. 16.28C, o = 0 degr ), la plus grande d viation verticale se produit dans la d rivation I et le complexe QRS dans la d rivation III est invers . En plus des d rivations de membre I, II et III, d'autres d rivations de membre galement orient es dans le plan frontal sont r guli rement enregistr es chez les patients. Ces d rivations sont (1) aVR, pour lesquelles le bras droit est d fini comme la d rivation positive et le milieu du c ur est d fini comme la d rivation n gative (c'est- -dire que les d rivations du bras gauche et de la cheville sont connect es ensemble) ; (2) aVL, pour lequel le bras gauche est le fil positif et le milieu du c ur est d fini comme le fil n gatif (c'est- -dire que les fils du bras droit et de la cheville sont connect s ensemble) ; et (3) aVF, pour laquelle la d rivation de la cheville (pied) est d finie comme positive et le milieu du c ur est d fini comme la d rivation n gative (c'est- -dire que |
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