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Sommaire

  • 1Organisation de la microcirculation
    • 1.1Réseau capillaire
    • 1.2Compartiments liquidiens impliqués
  • 2Mécanismes des échanges capillaires
    • 2.1Diffusion des solutés
    • 2.2Filtration et convection
  • 3Forces de Starling lock — section verrouillée
  • 4Formation d'un œdème lock — section verrouillée
    • 4.1Augmentation de la pression hydrostatique capillaire lock — section verrouillée
    • 4.2Diminution de la pression oncotique plasmatique lock — section verrouillée
    • 4.3Augmentation de la perméabilité capillaire lock — section verrouillée
    • 4.4Insuffisance du drainage lymphatique lock — section verrouillée
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B8 · Système cardiovasculaire

Microcirculation, forces de Starling et échanges capillaires

Décrire l'organisation de la microcirculation et les mécanismes d'échange entre plasma et liquide interstitiel. Établir le bilan des forces de Starling et expliquer la formation des œdèmes.

Physiologie·schedule6 min de lecture·quiz15 QCM corrigés

Organisation de la microcirculation

Définition

Microcirculation

Ensemble des vaisseaux de diamètre microscopique situés entre les petites artères et les petites veines : artérioles, capillaires et veinules. Elle assure l'ajustement local du débit sanguin et les échanges entre le sang et les tissus.

Le sang progresse successivement dans les artérioles, les capillaires puis les veinules postcapillaires. Cette disposition associe trois fonctions complémentaires :

  • les artérioles règlent l'arrivée du sang dans le réseau ;
  • les capillaires constituent la principale surface d'échange ;
  • les veinules recueillent le sang et participent aux échanges liquidiens et cellulaires.

La résistance vasculaire et ses déterminants physiques sont étudiés dans la fiche consacrée à l'hémodynamique. Dans la microcirculation, la contraction ou le relâchement du muscle lisse artériolaire permet toutefois d'adapter la perfusion, c'est-à-dire le débit sanguin reçu par un tissu.

Réseau capillaire

Un capillaire est un vaisseau formé d'une seule couche de cellules endothéliales reposant sur une lame basale. L'absence de média musculaire et la faible épaisseur de sa paroi réduisent la distance séparant le plasma du liquide interstitiel.

Tous les capillaires d'un réseau ne sont pas nécessairement perfusés simultanément. Le recrutement capillaire correspond à l'augmentation du nombre de capillaires parcourus par le sang. Il accroît la surface d'échange et diminue la distance moyenne entre une cellule et un capillaire.

Comparaison

Principaux types de capillaires

CritèreCapillaires continusCapillaires fenêtrésCapillaires discontinus
Continuité de l'endothéliumconservéeconservée avec poresinterrompue
Lame basalecontinuegénéralement continuediscontinue
Perméabilitéfaible et sélectiveélevée pour l'eau et les petits solutésélevée, y compris pour de grosses structures
Fonction dominantecontrôle fin des échangeséchanges liquidiens intenseséchanges de macromolécules et de cellules

Compartiments liquidiens impliqués

Le plasma est la phase liquide du sang contenue dans les vaisseaux. Le liquide interstitiel occupe l'espace extracellulaire situé entre les cellules et les capillaires. Ces deux compartiments sont séparés par l'endothélium capillaire.

Le liquide interstitiel n'est pas un compartiment fermé. Une partie du liquide filtré depuis les capillaires est recueillie par les capillaires lymphatiques, puis ramenée vers la circulation veineuse. La circulation lymphatique évacue également les protéines ayant quitté le compartiment plasmatique.

Mécanismes des échanges capillaires

Les échanges concernent les solutés, les gaz respiratoires et l'eau. Ils reposent principalement sur la diffusion, la filtration et la convection.

Diffusion des solutés

Définition

Diffusion

Déplacement net spontané d'une substance d'une région où sa concentration est élevée vers une région où elle est plus faible, sous l'effet de l'agitation moléculaire.

Les molécules liposolubles peuvent traverser les cellules endothéliales. L'eau et les molécules hydrosolubles empruntent surtout les espaces intercellulaires ou les pores endothéliaux, selon le type de capillaire. Les macromolécules traversent beaucoup plus difficilement un endothélium intact.

Le débit de diffusion augmente avec la surface disponible, la perméabilité de la paroi et la différence de concentration. Il diminue lorsque la distance de diffusion augmente.

Formule

Débit diffusif d'un soluté

Js=PS(Cc−Ci)J_s = P S \left(C_c - C_i\right)Js​=PS(Cc​−Ci​)
  • JsJ_sJs​ : débit net de diffusion du soluté, en quantité de matière par unité de temps
  • PPP : coefficient de perméabilité de la paroi pour le soluté, en longueur par unité de temps
  • SSS : surface capillaire disponible, en surface
  • CcC_cCc​ : concentration du soluté dans le capillaire, en quantité de matière par unité de volume
  • CiC_iCi​ : concentration du soluté dans le liquide interstitiel, dans la même unité que CcC_cCc​

Filtration et convection

Définition

Filtration capillaire

Déplacement d'eau à travers la paroi capillaire sous l'effet d’une différence de pression entre le plasma et le milieu interstitiel.

La filtration entraîne avec l'eau certains solutés perméants : ce transport global constitue la convection. Contrairement à la diffusion, qui dépend d'un gradient de concentration propre à chaque soluté, la convection dépend du déplacement du solvant.

Les protéines plasmatiques traversent peu la plupart des capillaires. Elles exercent donc une pression osmotique qui retient l'eau dans le compartiment vasculaire.

Forces de Starling

Définition

Pression oncotique

Part de la pression osmotique due aux protéines, principalement aux protéines plasmatiques. Elle attire l'eau vers le compartiment dans lequel la concentration en protéines non diffusibles est la plus élevée.

Les mouvements d'eau résultent du bilan entre les pressions hydrostatiques, dues à la pression mécanique des liquides, et les pressions oncotiques.

Quatre pressions interviennent dans le modèle classique :

  • la pression hydrostatique capillaire PcP_cPc​ pousse l'eau vers l'interstitium ;
  • la pression hydrostatique interstitielle PiP_iPi​, lorsqu'elle est positive, s'oppose à cette sortie ;
  • la pression oncotique plasmatique πc\pi_cπc​ attire l'eau vers le capillaire ;
  • la pression oncotique interstitielle πi\pi_iπi​ attire l'eau vers l'interstitium.
Formule

Équation de Starling

Jv=Kf[(Pc−Pi)−σ(πc−πi)]J_v = K_f \left[\left(P_c - P_i\right) - \sigma\left(\pi_c - \pi_i\right)\right]Jv​=Kf​[(Pc​−Pi​)−σ(πc​−πi​)]
  • JvJ_vJv​ : débit volumique net d'eau à travers la paroi, positif lorsqu'il est dirigé vers l'interstitium
  • KfK_fKf​ : coefficient de filtration, égal au produit de la conductance hydraulique par la surface d'échange, en volume par unité de temps et de pression
  • PcP_cPc​ : pression hydrostatique capillaire
  • PiP_iPi​ : pression hydrostatique interstitielle
  • σ\sigmaσ : coefficient de réflexion des protéines, sans unité, compris entre 000 et 111
  • πc\pi_cπc​ : pression oncotique plasmatique
  • πi\pi_iπi​ : pression oncotique interstitielle

Le coefficient de réflexion σ\sigmaσ traduit la capacité de la paroi à retenir les protéines. Il tend vers 111 lorsque la paroi leur est presque imperméable et vers 000 lorsqu'elles la traversent librement. Une faible valeur réduit l'efficacité du gradient oncotique.

Méthode

Déterminer le sens du mouvement liquidien

  1. Calculer le gradient hydrostatique Pc−PiP_c - P_iPc​−Pi​
  2. Calculer le gradient oncotique efficace σ(πc−πi)\sigma\left(\pi_c - \pi_i\right)σ(πc​−πi​)
  3. Soustraire le gradient oncotique efficace au gradient hydrostatique
  4. Conclure à une filtration vers l'interstitium si le bilan est positif
  5. Conclure à une réabsorption vers le capillaire si le bilan est négatif
Exemple

Calculer un débit de filtration par l'équation de Starling

Dans un capillaire, les valeurs mesurées sont les suivantes : Pc=35 mmHgP_c = \pu{35 mmHg}Pc​=35 mmHg, Pi=2 mmHgP_i = \pu{2 mmHg}Pi​=2 mmHg, πc=25 mmHg\pi_c = \pu{25 mmHg}πc​=25 mmHg, πi=5 mmHg\pi_i = \pu{5 mmHg}πi​=5 mmHg et σ=0,9\sigma = 0{,}9σ=0,9. Le coefficient de filtration vaut Kf=0,02 mL ⋅ min−1 ⋅ mmHg−1K_f = \pu{0,02 mL.min^{-1}.mmHg^{-1}}Kf​=0,02 mL⋅min−1⋅mmHg−1.

  • Gradient hydrostatique : Pc−Pi=35−2=33 mmHgP_c - P_i = 35 - 2 = \pu{33 mmHg}Pc​−Pi​=35−2=33 mmHg.
  • Gradient oncotique efficace : σ(πc−πi)=0,9×(25−5)=18 mmHg\sigma\left(\pi_c - \pi_i\right) = 0{,}9\times\left(25 - 5\right) = \pu{18 mmHg}σ(πc​−πi​)=0,9×(25−5)=18 mmHg.
  • Bilan de pression : 33−18=15 mmHg33 - 18 = \pu{15 mmHg}33−18=15 mmHg.
  • Débit volumique net : Jv=0,02×15=0,30 mL ⋅ min−1J_v = 0{,}02\times 15 = \pu{0,30 mL.min^{-1}}Jv​=0,02×15=0,30 mL⋅min−1.

JvJ_vJv​ est positif : il existe une filtration nette de 0,30 mL ⋅ min−1\pu{0,30 mL.min^{-1}}0,30 mL⋅min−1 dirigée du capillaire vers l'interstitium.

La pression capillaire diminue généralement le long du réseau en raison de la perte de pression liée à l'écoulement. Le modèle classique décrit donc une filtration favorisée au pôle artériolaire et une réabsorption possible au pôle veinulaire.

Le modèle actuel accorde un rôle majeur au glycocalyx endothélial, couche moléculaire tapissant la face sanguine de l'endothélium. Le gradient oncotique efficace s'établit surtout entre le plasma et l'espace situé immédiatement sous ce glycocalyx. Dans de nombreux tissus, il existe ainsi une faible filtration sur une grande partie du capillaire plutôt qu'une réabsorption veinulaire permanente. L'excès filtré est alors repris par la circulation lymphatique.

À retenir

Bilan normal des échanges liquidiens

L'équilibre tissulaire ne signifie pas que tout le liquide filtré est réabsorbé directement par les capillaires. La circulation lymphatique ramène vers le sang l'excès d'eau et les protéines interstitielles.

Formation d'un œdème

Définition

Œdème

Accumulation excessive de liquide dans le compartiment interstitiel, résultant d'une filtration capillaire supérieure aux capacités de drainage lymphatique.

Un œdème apparaît lorsque le bilan de Starling favorise excessivement la sortie d'eau ou lorsque le retour lymphatique devient insuffisant.

Augmentation de la pression hydrostatique capillaire

Une élévation de PcP_cPc​ augmente directement la force poussant l'eau hors du capillaire. Elle peut résulter d'une augmentation de la pression veineuse, d'une dilatation artériolaire ou d'une augmentation du volume intravasculaire.

Diminution de la pression oncotique plasmatique

Une baisse de la concentration plasmatique en protéines réduit πc\pi_cπc​. La force retenant l'eau dans les vaisseaux diminue donc, ce qui favorise la filtration.

Augmentation de la perméabilité capillaire

Une altération de la barrière endothéliale augmente KfK_fKf​ et peut diminuer σ\sigmaσ. Davantage de liquide et de protéines gagnent alors l'interstitium. L'accumulation interstitielle de protéines élève πi\pi_iπi​, ce qui attire encore plus d'eau hors du capillaire.

Insuffisance du drainage lymphatique

Une diminution du débit lymphatique empêche l'évacuation normale de l'eau et des protéines interstitielles. Les protéines s'accumulent, augmentent la pression oncotique interstitielle et entretiennent l'œdème.

Attention

Ne pas réduire l'œdème à une filtration accrue

Un œdème peut apparaître sans augmentation initiale de la filtration capillaire : une obstruction lymphatique suffit à rompre l'équilibre entre apport de liquide interstitiel et drainage.

À retenir

Les quatre mécanismes fondamentaux de l'œdème sont l'augmentation de PcP_cPc​, la diminution de πc\pi_cπc​, l'augmentation de la perméabilité capillaire et l'insuffisance du drainage lymphatique.

Points clés
  • La microcirculation associe artérioles régulatrices, capillaires d'échange, veinules collectrices et réseau lymphatique
  • La diffusion transporte les solutés selon leur gradient de concentration, tandis que la filtration déplace l'eau selon un bilan de pressions
  • La pression hydrostatique capillaire favorise la filtration, alors que la pression oncotique plasmatique favorise la rétention intravasculaire
  • Le coefficient de filtration et le coefficient de réflexion traduisent les propriétés de la paroi capillaire
  • La circulation lymphatique restitue au sang l'excès de liquide filtré et les protéines interstitielles
  • Un œdème traduit un déséquilibre entre filtration capillaire et drainage lymphatique

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    • 1.2Compartiments liquidiens impliqués
  • 2Mécanismes des échanges capillaires
    • 2.1Diffusion des solutés
    • 2.2Filtration et convection
  • 3Forces de Starling lock — section verrouillée
  • 4Formation d'un œdème lock — section verrouillée
    • 4.1Augmentation de la pression hydrostatique capillaire lock — section verrouillée
    • 4.2Diminution de la pression oncotique plasmatique lock — section verrouillée
    • 4.3Augmentation de la perméabilité capillaire lock — section verrouillée
    • 4.4Insuffisance du drainage lymphatique lock — section verrouillée