L’hémodynamique (ou hémodynamique en anglais britannique), signifiant littéralement « mouvement du sang » est l’étude du flux sanguin ou de la circulation. Toutes les cellules animales ont besoin d’oxygène (O2) pour la conversion des glucides, des graisses et des protéines en dioxyde de carbone (CO2), en eau et en énergie dans un processus connu sous le nom de respiration aérobie.

Sang

Le sang est un liquide complexe et est jugé si précieux qu’il est parfois appelé « or rouge » car les cellules et les protéines qu’il contient peuvent être vendues plus cher que le coût du même poids en or. Un adulte humain moyen possède plus de 5 litres de sang dans son corps, qui transporte l’oxygène et les nutriments vers les cellules vivantes et élimine leurs déchets. Il achemine également des cellules immunitaires pour combattre les infections et contient des plaquettes qui peuvent former un bouchon dans un vaisseau sanguin endommagé pour empêcher la perte de sang. Grâce au système circulatoire, le sang s’adapte aux besoins de l’organisme. Lorsque vous faites de l’exercice, le cœur pompe plus fort et plus vite pour fournir plus de sang et donc d’oxygène à vos muscles. Lors d’une infection, le sang achemine davantage de cellules immunitaires vers le site de l’infection, où elles s’accumulent pour repousser les envahisseurs nuisibles.

Le sang est composé de 55% de plasma et de 45% d’éléments formés. La couche leucocytaire contient des leucocytes en suspension concentrée, provenant du sang total ou de la moelle osseuse. La production d’une couche leucocytaire à partir d’échantillons de sang total permet de concentrer de grands volumes d’échantillons et de réduire les manipulations de séparation cellulaire en aval. Le plasma contient 91,5% d’eau, 7% de protéines et 1,5% d’autres solutés. Les éléments formés sont moins de 1 % de plaquettes, moins de 1 % de leucocytes (globules blancs) et plus de 99 % d' »érythrocytes » (globules rouges) qui, chez l’homme, sont généralement un disque biconcave sans noyau. Les érythrocytes contiennent le pigment hémoglobine, qui donne la couleur rouge au sang, et transportent l’oxygène et le dioxyde de carbone vers et depuis les tissus. Le plasma sanguin normal se comporte comme un fluide newtonien aux taux de cisaillement physiologiques. La viscosité du plasma normal varie avec la température de la même manière que celle de son solvant, l’eau ; une augmentation de 5 °C de la température dans la plage physiologique réduit la viscosité du plasma d’environ 10 %. La pression osmotique d’une solution est déterminée par le nombre de particules présentes et par la température. La pression osmotique du plasma affecte la mécanique de la circulation de plusieurs façons. Une modification de la différence de pression osmotique à travers la membrane d’une cellule sanguine provoque un déplacement d’eau et un changement de volume de la cellule. Les changements de forme et de flexibilité affectent les propriétés mécaniques du sang entier. Une modification de la pression osmotique du plasma modifie l’hématocrite, c’est-à-dire la concentration volumique des globules rouges dans le sang total, en redistribuant l’eau entre les espaces intravasculaire et extravasculaire. Ceci affecte à son tour la mécanique du sang total. Le globule rouge est très flexible et de forme biconcave.

Le système circulatoire

Le système circulatoire a pour fonction de transporter le sang afin d’apporter de l’O2, des nutriments et des substances chimiques aux cellules du corps pour assurer leur santé et leur bon fonctionnement, et d’éliminer les déchets cellulaires. Le système circulatoire est une série de tubes connectés, qui comprend le cœur, les artères, la microcirculation et les veines.

Le cœur est le moteur du système circulatoire générant le débit cardiaque (CO) en se contractant et en se relâchant de façon rythmique. Cela crée des changements dans les pressions régionales et, combiné à un système valvulaire complexe dans le cœur et les veines, assure que le sang se déplace dans le système circulatoire dans une seule direction. Les « battements » du cœur génèrent un flux sanguin pulsatile qui est conduit dans les artères, à travers la microcirculation et, finalement, de retour au cœur via le système veineux. L’aorte, l’artère principale, quitte le cœur gauche et se divise en artères de plus en plus petites jusqu’à devenir des artérioles, puis des capillaires, où s’effectue le transfert d’oxygène. Les capillaires se connectent aux veinules, dans lesquelles le sang désoxygéné passe des cellules au sang, et le sang retourne ensuite dans le réseau de veines vers le cœur droit. La microcirculation – artérioles, capillaires et veinules – constitue la majeure partie de la surface du système vasculaire et est le lieu de transfert de l’oxygène, du glucose et des substrats enzymatiques dans les cellules. Le système veineux renvoie le sang désoxygéné vers le cœur droit où il est pompé vers les poumons pour y être oxygéné et où le CO2 et les autres déchets gazeux sont échangés et expulsés pendant la respiration. Le sang retourne ensuite vers le côté gauche du cœur où il recommence le processus. Il est clair que le cœur, les vaisseaux et les poumons participent tous activement au maintien de la santé des cellules et des organes, et qu’ils influencent tous l’hémodynamique.

L’hémodynamique peut être définie comme les facteurs physiques qui régissent le flux sanguin. Ce sont les mêmes facteurs physiques qui régissent l’écoulement de tout fluide, et ils sont basés sur une loi fondamentale de la physique, à savoir la loi d’Ohm, qui stipule que le courant (I) est égal à la différence de tension (ΔV) divisée par la résistance (R). En rapportant la loi d’Ohm à l’écoulement des fluides, la différence de tension est la différence de pression (ΔP ; parfois appelée pression motrice, pression de perfusion ou gradient de pression), la résistance est la résistance à l’écoulement (R) offerte par le vaisseau sanguin et ses interactions avec le sang qui circule, et le courant est le débit sanguin (F). Cette relation hémodynamique peut être résumée par :

Pour l’écoulement du sang dans un vaisseau sanguin, le ΔP est la différence de pression entre deux points quelconques sur une longueur donnée du vaisseau. Lorsque l’on décrit le flux sanguin pour un organe, la différence de pression est généralement exprimée comme la différence entre la pression artérielle (PA) et la pression veineuse (PV). Par exemple, le débit sanguin pour le rein est déterminé par la pression de l’artère rénale, la pression de la veine rénale et la résistance vasculaire rénale.

Le débit sanguin à travers une valve cardiaque suit la même relation que pour un vaisseau sanguin ; cependant, la différence de pression correspond aux deux pressions de chaque côté de la valve. Par exemple, la différence de pression de part et d’autre de la valve aortique qui commande le flux à travers cette valve pendant l’éjection ventriculaire est la pression intraventriculaire (PIV) moins la pression aortique (PAo). La résistance (R) est la résistance à l’écoulement qui est liée en grande partie à la taille de l’ouverture de la valve. Par conséquent, la relation décrivant le débit à travers la valve aortique est :

Dans des conditions idéales de flux laminaire, dans lesquelles la résistance vasculaire est indépendante du débit et de la pression, la relation entre la pression, le débit et la résistance peut être représentée comme indiqué sur la figure de droite. Comme le débit et la résistance sont réciproquement liés, une augmentation de la résistance diminue le débit pour tout ΔP donné. De même, à tout débit donné le long d’un vaisseau sanguin ou à travers une valve cardiaque, une augmentation de la résistance augmente le ΔP.

Les changements de résistance sont le principal moyen par lequel le débit sanguin est régulé à l’intérieur des organes parce que les mécanismes de contrôle dans le corps maintiennent généralement les pressions sanguines artérielles et veineuses dans une plage étroite. Cependant, les changements de pression de perfusion, lorsqu’ils se produisent, affectent le débit.

La relation ci-dessus indique également qu’il existe une relation linéaire et proportionnelle entre le débit et la pression de perfusion. Cette relation linéaire, cependant, n’est pas suivie lorsque les conditions pathologiques conduisent à un écoulement turbulent, car la turbulence diminue le débit à toute pression de perfusion donnée. En outre, la nature pulsatile du débit dans les grandes artères modifie également cette relation, de sorte que des pressions plus élevées sont nécessaires pour un débit donné. En d’autres termes, la pulsatilité, comme la turbulence, augmente la résistance à l’écoulement.
Sources:
http://www.cvphysiology.com/Hemodynamics/H001.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Hemodynamics
http://www.hemodynamicsociety.org/hemodyn.html
https://teach.lanecc.edu/naylore/225Lectures/02B/L2B.html
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK2263/
https://basicmedicalkey.com/blood/
https://www.stemcell.com/how-to-prepare-a-buffy-coat.html

Éditée par John Sandham

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