B3 – La régulation de la pression artérielle
Connaissances de premier ordre indispensables Capacités exigibles
1. La pression artérielle moyenne : un paramètre régulé
La pression artérielle moyenne dépend de l’activité de l’ensemble des organes circulatoires. Elle est proportionnelle à la fréquence cardiaque et au volume d’éjection systolique. Elle est inversement proportionnelle à la puissance quatrième des rayons des artères musculaires et des artérioles qui déterminent la résistance périphérique totale. Le retour veineux influence positivement le volume de remplissage des ventricules qui est corrélé au volume d’éjection systolique. La pression artérielle moyenne est maintenue dans une gamme de valeurs restreinte, variable selon les individus et les conditions, par des mécanismes de régulation déclenchés par une variation du paramètre par rapport à sa valeur de consigne.
À très court terme (moins d’une minute) le baroréflexe permet de corriger les variations de pression qui surviennent à tout instant. Les variations sont perçues par des barorécepteurs artériels sensibles à la valeur de la pression artérielle et à la vitesse de ses variations. Une diminution de la pression artérielle moyenne (respectivement une augmentation) entraîne une inhibition (respectivement activation) de l’innervation parasympathique cardiomodératrice et une activation (respectivement inhibition) de l’innervation sympathique cardioaccélératrice, ce qui augmente (respectivement diminue) la fréquence cardiaque et corrige la variation initiale de pression artérielle.L’effet à long terme du baroréflexe est limité par l’adaptation des barorécepteurs.
2. Lors d’un exercice physique, des contrôles locaux et globaux interconnectés de la fonction circulatoire
Au plan circulatoire, l'adaptation à l'effort physique se marque par une augmentation du débit cardiaque et une redistribution de la masse sanguine vers les organes les plus actifs (cœur, muscles squelettiques) au détriment des organes non impliqués dans l’activité physique (reins, tube digestif). La pression artérielle systolique s'accroît du fait de l'augmentation du volume d'éjection systolique. Toutefois la vasodilatation dans les muscles squelettiques en activité abaisse la résistance périphérique totale, ce qui modère nettement l'augmentation de la pression artérielle moyenne.
Dès le début de la période d’effort, des variations des paramètres chimiques du milieu intérieur détectées par des chimiorécepteurs et transmises aux centres nerveux, entraînent une inhibition du système parasympathique et une activation sympathique marquée notamment par la sécrétion d’adrénaline par la glande médullosurrénale. L’intégration par les cellules du nœud sinoauriculaire, des messages codés d’une part par l’acétylcholine (cardiomodératrice, dont la libération diminue), d’autre part par l’adrénaline et la noradrénaline (cardioaccélératrices, dont la libération augmente) entraîne une augmentation de la fréquence cardiaque. La stimulation de la contraction ventriculaire par la noradrénaline et l’adrénaline, d’une part, l’augmentation du retour veineux d’autre part (loi de Starling) augmente le volume d’éjection systolique malgré la réduction du temps de diastole consécutive à l’augmentation de la fréquence cardiaque.
Dans le cas d'une adaptation à l'effort physique, le débit sanguin des organes est contrôlé à la fois de façon locale et globale, assurant d'une part une irrigation des organes actifs adaptée à leurs besoins, et d'autre part le maintien d'une pression artérielle assurant, quelle que soit la situation, la perfusion convenable des autres organes, dont l'encéphale. La part relative des deux types de contrôles diffère selon les organes et les situations : la vasomotricité dans l'encéphale et le cœur est ainsi en permanence très largement dépendante des facteurs locaux, ce qui favorise la couverture de leurs besoins dans toutes les situations. La circulation vasculaire de la peau est essentiellement déterminée par des contrôles extrinsèques aux vaisseaux. Enfin le contrôle de l’irrigation des muscles squelettiques résulte d’interactions entre les deux types d'effets : au repos, leur irrigation est principalement sous le contrôle nerveux sympathique, alors qu'à l'exercice, les facteurs locaux de nature métaboliques et paracrines (NO) l'emportent et sont à l'origine de la vasodilatation qui réoriente les flux et accroît les apports. La régulation de la pression artérielle moyenne de l'organisme requiert l'intégration des contrôles locaux dans des boucles globales.
3. Lors d’une hémorragie, des boucles de régulation interconnectées sur différentes échelles de temps
L’hémorragie, lorsqu’elle provoque une diminution de plus de 20 % du volume sanguin (ou volémie), entraîne une forte hypotension pouvant conduire à un choc hémorragique. Si celui-ci ne se produit pas, la pression artérielle remonte en quelques minutes, ce qui indique l’intervention de régulations qui se poursuivent pendant plusieurs jours.
À court terme, la détection de l’hypotension par les barorécepteurs artériels entraine une stimulation réflexe du système sympathique qui augmente le débit cardiaque et la résistance périphérique totale, ce qui corrige la variation de pression. La baisse du volume sanguin est compensée par l’augmentation de la réabsorption de liquide vers le compartiment interstitiel au niveau des capillaires. À côté de ces réponses régulatrices, il se produit localement dans les territoires privés d’O2, un auto-contrôle du débit susceptible d’aggraver l’hypotension par une rétroaction positive. L’adaptation des barorécepteurs artériels entraîne en quelques heures l’arrêt de l’effet régulateur du baroréflexe.
À moyen terme, la sécrétion de rénine par des cellules des artérioles rénales directement sensibles à la pression sanguine à leur niveau entraîne, avec un délai nécessaire à la mise en présence de cette enzyme avec son substrat, puis à la conversion de l’angiotensine I en angiotensine II, une augmentation de la concentration d’angiotensine II dans le plasma. L’angiotensine est une hormone vasoconstrictrice. Une boucle de régulation différente du baroréflexe est mise en jeu en une heure environ.
À long terme, l’hypotension est corrigée par une diminution du volume des urines (diurèse) consécutive à un effet direct de la baisse de la pression artérielle rénale qui diminue la filtration du plasma à l’origine de l’urine, une augmentation de la réabsorption d’eau par l’ADH et de la réabsorption des ions par l’aldostérone.
§IC Décrire les fonctions des différentes composantes d’une boucle de régulation sur l’exemple du baroréflexe.
Présenter et appliquer le concept de boucle de régulation ;
Figure B3.6 et 7
Présenter les conséquences des modifications du débit global et local sur la pression artérielle ;
Figure B3.8 et §IIE
Montrer comment à partir de variations associées au début de la période d’effort, à la période d’effort puis à la fin de cette période d’effort, des régulations sont mises en jeu ainsi que des modifications permettant d’adapter le fonctionnement de l’organisme aux différents contextes.
Pour les contrôles autres que celui de la fréquence cardiaque, les voies de transduction à l’échelle cellulaire ne sont pas au programme.
Figure B3.9 ; §IIIA et E
Présenter les réactions à une hémorragie à différentes échelles de temps (court terme et baroréflexe, adaptation à long terme et catécholamines, §IIIB système rénine-angiotensine §IIIC, aldostérone, ADH §IIID) ;
L’organisation du rein et son fonctionnement ne sont pas au programme. Les mécanismes de contrôle de la soif ne sont pas au programme.
4. Des dysfonctionnements liés à des interactions entre génotype et environnement
L’hypertension artérielle est définie sur des critères épidémiologiques, comme une élévation permanente des valeurs de la pression artérielle au-dessus de 140 mm Hg pour la pression systolique ou de 90 mm Hg pour la pression diastolique. Elle constitue un facteur très important d’augmentation du risque d’accident cardiovasculaire ou cérébral, et c’est un problème majeur de santé publique dans les pays industrialisés. Cette pathologie résulte de l’interaction entre de nombreux gènes et des facteurs de l’environnement. La prévention de l’hypertension artérielle passe donc par une hygiène de vie.
§IV Savoir expliquer des dysfonctionnements par des interactions entre génotype et environnement ou par la sénescence, toutes les données étant fournies. Aucun exemple n’est à mémoriser.
