Les changements d’inotropie sont une caractéristique importante du muscle cardiaque car contrairement au muscle squelettique, le muscle cardiaque ne peut pas moduler sa génération de force par des changements dans l’activité des nerfs moteurs et le recrutement des unités motrices. Lorsque le muscle cardiaque se contracte, toutes les fibres musculaires sont activées et les seuls mécanismes qui peuvent modifier la génération de force sont les changements de longueur des fibres (précharge ; activation dépendante de la longueur) et les changements d’inotropie (activation indépendante de la longueur). L’influence des changements inotropes sur la génération de force est clairement démontrée par l’utilisation de diagrammes longueur-tension dans lesquels une augmentation de l’inotropie entraîne une augmentation de la tension active à une précharge fixe. De plus, la propriété inotrope du muscle cardiaque apparaît dans la relation force-vitesse comme un changement de la Vmax, c’est-à-dire un changement de la vitesse maximale de raccourcissement des fibres à une postcharge nulle. L’augmentation de la vitesse de raccourcissement des fibres qui se produit avec une inotropie accrue augmente la vitesse de développement de la pression ventriculaire, qui se manifeste par une augmentation de la dP/dt maximale (c’est-à-dire la vitesse de changement de pression) pendant la phase de contraction isovolumétrique. En raison de ces modifications des propriétés mécaniques du muscle cardiaque en contraction, une augmentation de l’inotropie entraîne une augmentation du volume systolique ventriculaire.
Effets de l’inotropie sur les courbes de Frank-Starling
En modifiant la vitesse de développement de la pression ventriculaire, la vitesse d’éjection ventriculaire dans l’aorte (c’est-à-dire la vitesse d’éjection) est modifiée. Parce qu’il y a un temps fini disponible pour l’éjection (~200 msec), les changements dans la vitesse d’éjection modifient le volume d’attaque – l’augmentation de la vitesse d’éjection augmente le volume d’attaque, tandis que la réduction de la vitesse d’éjection diminue le volume d’attaque.
Une diminution de l’inotropie déplace la courbe de Frank-Starling vers le bas (point A vers B sur la figure). Cela entraîne une diminution du volume systolique (SV) et une augmentation de la pression endo-diastolique (PEDG) et du volume du ventricule gauche. La modification du VS est la réponse primaire, tandis que la modification de la PEDGV est une réponse secondaire à la modification du VS. C’est ce qui se produit, par exemple, lorsqu’il y a une perte d’inotropie ventriculaire au cours de certains types d’insuffisance cardiaque. Si l’inotropie est augmentée (comme c’est le cas pendant l’exercice), la courbe de Frank-Starling se déplace vers le haut et vers la gauche (points A à C dans la figure), ce qui entraîne une augmentation de la VS et une diminution de la PEDGV. Une fois que la courbe de Frank-Starling se déplace en réponse à un état inotrope modifié, les changements dans le remplissage ventriculaire modifieront la VS en se déplaçant vers le haut ou vers le bas de la nouvelle courbe de Frank-Starling.
Effets de l’inotropie sur les boucles pression-volume ventriculaires
La raison pour laquelle la PEDVG chute lorsque la VS augmente peut être mieux illustrée en utilisant les boucles pression-volume du ventricule gauche (VG) (voir figure). Dans cette figure, la boucle de contrôle a un volume end-diastolique de 120 mL et un volume end-systolique de 50 mL. La largeur de la boucle (volume end-diastolique moins volume end-systolique) correspond au volume systolique (70 ml). Lorsque l’inotropie est augmentée (à pression artérielle et fréquence cardiaque constantes), le VS augmente, ce qui réduit le volume endo-systolique à 20 mL. Cela s’accompagne d’une réduction secondaire du volume ventriculaire end-diastolique (à 110 mL) et de la pression, car lorsque la VS est augmentée, le ventricule contient moins de volume sanguin résiduel après l’éjection (volume end-systolique diminué), qui peut être ajouté au retour veineux entrant pendant le remplissage. Par conséquent, le remplissage ventriculaire (volume end-diastolique) est réduit. Les lignes en pointillé des deux boucles représentent la relation pression-volume end-systolique (ESPVR). L’ESPVR est déplacée vers la gauche et sa pente devient plus raide lorsque l’inotropie augmente. L’ESPVR est parfois utilisé comme un indice de l’état inotrope ventriculaire.
Les changements d’inotropie produisent des changements significatifs de la fraction d’éjection (FE, calculée comme le volume systolique divisé par le volume end-diastolique). Dans la figure précédente, la FE de contrôle est de 0,58 et passe à 0,82 avec une inotropie accrue. Par conséquent, l’augmentation de l’inotropie entraîne une augmentation de la FE. À l’inverse, une diminution de l’inotropie entraîne une diminution de la FE. La FE est donc couramment utilisée comme indice clinique pour évaluer l’état inotrope du cœur. Dans l’insuffisance cardiaque, par exemple, il y a souvent une diminution de l’inotropie qui conduit à une chute du volume systolique ainsi qu’à une augmentation de la précharge, diminuant ainsi la FE.
Les changements de l’état inotrope sont particulièrement importants pendant l’exercice. Les augmentations de l’état inotrope aident à maintenir le volume systolique à des fréquences cardiaques élevées et des pressions artérielles élevées. L’augmentation de la fréquence cardiaque seule diminue le volume systolique en raison de la réduction du temps de remplissage diastolique, ce qui diminue le volume diastolique final. L’élévation de la pression artérielle pendant l’exercice augmente la postcharge du cœur, ce qui tend à réduire le volume systolique. Lorsque l’état inotrope augmente en même temps, le volume end-systolique diminue, de sorte que le volume systolique peut être maintenu et autorisé à augmenter malgré un temps réduit pour le remplissage ventriculaire et une pression artérielle élevée.
Facteurs régulant l’inotropie
Le mécanisme le plus important régulant l’inotropie est celui des nerfs autonomes. Les nerfs sympathiques jouent un rôle prépondérant dans la régulation inotrope ventriculaire et auriculaire, tandis que les nerfs parasympathiques (efférences vagales) ont un effet inotrope négatif important dans les oreillettes mais seulement un faible effet dans les ventricules. Dans certaines conditions (par exemple, l’exercice, le stress et l’anxiété), des niveaux élevés d’épinéphrine circulante augmentent les effets adrénergiques sympathiques. Dans le cœur humain, une augmentation brutale de la postcharge peut provoquer une augmentation de l’inotropie (effet Anrep). Une augmentation de la fréquence cardiaque stimule également l’inotropie (effet Bowditch ; treppe ; inotropie dépendant de la fréquence). Ce dernier phénomène est probablement dû à une incapacité de la Na+/K+-ATPase à suivre l’influx de sodium à des fréquences cardiaques plus élevées, ce qui conduit à une accumulation de calcium intracellulaire via l’échangeur sodium-calcium. L’insuffisance systolique qui résulte d’une cardiomyopathie, d’une ischémie, d’une valvulopathie, d’arythmies et d’autres conditions est caractérisée par une perte de l’inotropie intrinsèque.
En plus de ces mécanismes physiologiques, une variété de médicaments inotropes sont utilisés cliniquement pour stimuler le cœur, en particulier dans l’insuffisance cardiaque aiguë et occasionnellement dans l’insuffisance cardiaque chronique. Ces médicaments comprennent la digoxine (qui inhibe la Na+/K+-ATPase sarcolemmale), les agonistes des bêta-adrénorécepteurs (par exemple, dopamine, dobutamine, épinéphrine, isoprotérénol) et les inhibiteurs de la phosphodiestérase (par exemple, milrinone).
Mécanismes de l’inotropie
La plupart des voies de transduction du signal qui stimulent l’inotropie impliquent finalement le Ca++, soit en augmentant l’influx de Ca++ (via les canaux Ca++) pendant le potentiel d’action (principalement pendant la phase 2), soit en augmentant la libération de Ca++ par le réticulum sacroplasmique, soit en sensibilisant la troponine-C (TN-C) au Ca++.