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Le système cardiovasculaire: macro et microcirculation Bernard LEVY INSERM Hôpital Lariboisière Paris

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Page 1: Le système cardiovasculaire: macro et microcirculation · n D h CSA (cm2) Aorta 1 25 mm 2mm 2.8 Arteries 40-110000 20 - 0.5 mm 1 - 0.1mm 40 Arterioles 3x10 6 500-20 µm 100 - 10

Le système cardiovasculaire: macro et microcirculation

Bernard LEVYINSERM Hôpital Lariboisière Paris

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n D h CSA (cm2)

Aorta 1 25 mm 2mm 2.8

Arteries 40-110000 20 - 0.5 mm 1 - 0.1mm 40

Arterioles 3x10 6 500-20 µm 100 - 10 µm 55

Capillaries 3x 10 9 15 - 5 µm 0.5 µm 1350

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3cm2 40 55 1350 cm2

Damping

Reflection

ResistanceExchanges

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Few elastic arteriesThousands of muscular arteries Millions of arterioles resistance & reflectionBillions of capillaries diffusion and exchanges

distribution and damping

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Shear

Pressure

Mechanical forces in the vascular wall

Internal elastic

lamina

SMC, collagen

PG

Endothelium

External elastic

lamina

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Shear Stress = 4 µ Q / π r3 = 4 µ (πr2 V) / π r3 = 4 µ V / r

Tensile stress = P r / h

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Smooth muscle

Pressure

Endothelium

Shear stress

abg

K+

AktNO MAPK

ab

g

FAK

MAPK

PKC

Vasodilation

Remodeling or Myogenic tone

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P. rh

Tensile stress

Laplace law

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Hypertension

Pressure-induced vascular remodelling

ECM synthesis/degradation

VSMC hypertrophy/hyperplasia

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0 80 150

Pressure (mmHg)

***

0

1

2

3

4

5

6

7

35S

-Met

(dpm

/mg tis

sue x

10

-3)

0

1

2

3

4

5

6

7

3H

-Td

R

(dpm

/mg tis

sue x

10

-3)

DNA synthesis Protein synthesis

Pressure-induced changes in DNA and protein synthesis

Bardy et al, Circ Res 1995

0 80 150

Pressure (mmHg)

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Wong & Langille. Circ Res 1996

Photomicrographs of the internal elastic lamina (IEL) from right common carotid arteries

Role of MMPs in vessel remodelling

MMPs

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10 80 150 mmHg

MMP2

MMP9

Lehoux et al. Circulation. 2004.

400

500

600

700

800

900

1000

0 50 100 150 200

Pressure (mmHg)

10 mmHg

80 mmHg

Role of MMPs in vascular remodelling

***

150 mmHg

80 mmHg 150 mmHg

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Bardy et al. Circ Res, 1996

70 mmHg 150 mmHg10 mmHg

Strain-induced fibronectin expression in whole aorta

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Langille et al. Am J Physiol.1990

Thoracic

aorta

Fetal Post-partum

Arterial pressure (mmHg)

Mechanical factors & physiological remodeling

40

60

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Remodelage par contrainte pariétale (Pression)

Pression

Contrainte = Pr/h

Activation Muscle Lisse

Synthèse Protéines

Matrice extracellulaire

Facteurs de croissance

Hypertrophie, hyperplasie

Epaisseur media

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Poiseuille’s law

= 4 µ . Q

π . r3

Shear stress

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Langille et al. Am J Physiol.1990

Fetal Post-partum

Abdominal

aorta

Abdominal aortic flow

Time (days)

Shear stress and physiological vascular remodelling

Control CCA Flow-loaded CCA

Arteriovenous fistula

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Model of arteriovenous fistula

Right common

carotid arteryRight external

jugular vein Left common

carotid artery

Castier et al. Circ Res 2005

0,7

0 7 14 21

Diameter (µm)0.7

0.6

0.5

0.40 7 14 21

Day

RCC

LCC

0 7 14 21

Shear (dynes/cm2)

LCC

RCC

300

200

100

00 7 14 21

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High shear stress induces ROS production in arteries of wild-type but not p47 -/- mice

WT

p47-/-

Control AVFCastier et al. Circ Res 2005

eNOS-/-

NOXp22

p67

p47

O2 O2-

NO ONOO-

rac

eNOS

Pro-MMPs

MMPs

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Diameter (µm) Shear (dynes/cm2)

0 7 14 21

Day

0.7

0.6

0.5

0.4

0 7 14 21

Day

wt

wtp47-/-

p47-/-

300

200

100

0

Role of ROS in vascular adaptation to blood flow

Castier et al. Circ Res 2005

eNOS-/-

eNOS-/-

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Growth factorsproMMPs

SMC growth

DistensionContact Loss

uPA?

plasmin

NOXp22

p67

p47

O2 O2-

NO ONOO-

rac

SHEAR STRESS

MMPs

Matrix degradation

Apoptosis EnlargementHyperplasia

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COEUR AORTE ART. DE

RESISTANCE

CAPILLAIRES

VEINES

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Système à Haute Pression

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Ao

LA

LV

AoLA

LV

Diastole

Systole

TPR

TPR

Damping of pressure and flow

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Large arteries in hypertension:RemodelingHypertrophyFibrosisStiffening

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•Arteries with significant MT and then Resistance (Diameter < 300 µm) : Intraluminal pressure < Aortic pressure

Resistance arteries:

•The most important in quantity

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P. Bruneval

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Organization of Smooth Muscle Cells: vasomotor tone

3rd and 4th arteriole generation

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CONTROL INTRALUMINAL EXTRALUMINAL

ANGIOTENSINE II

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100

µm

Henrion D et al. J Clin Invest. 1997; 100: 2909-2914.

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Percentage of passive diameter at 100 mmHg

50

100

10 30 70 110 150 190 230 270 mmHg

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Levy et al Circulation 2001; 104:736-741

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Endothélium et filtration endothéliale

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In vivo Shear Oriented Endothelial Cells

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thin (<1µm) and fragile capillary wall

P. Bruneval

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