I - L'ÉQUIPEMENT ENERGETIQUE DU MYOCARDE
Quand on essaie de dresser un tableau d'ensemble du métabolisme énergétique du myocarde, dans son fonctionnement normal, on doit, dès l'abord, souligner la part prépondérante que prend, dans ces mécanismes, la dégradation des hydrates de Carbone. Quelles que soient les démonstrations qui ont pu être données, dans des circonstances plus ou moins définies, de l'utilisation des graisses et des acides aminés, les hydrates de carbone ou leurs dérivés représentent l'aliment énergétique "normal" du myocarde et le Q.R. du coeur -qui est nécessairement un Q.R. moyen, correspondant à un certain nombre de systoles et de diastoles, c'est à dire de phases de contraction et de repos- est, alors, un peu inférieur à l'unité, ce qui traduit un métabolisme ou prédominent les glucides
Le problème métabolique qui se pose, plus particulièrement, à propos du myocarde est le suivant : on possède actuellement, un certain nombre de données sur les étapes du cycle de dégradation des hydrates de carbone dans la contraction musculaire. Des recherches méthodiques ont permis, peu à peu, de préciser quelles étaient, dans ce cycle, les charnières plus spécialement actives dans la libération de l'énergie. Ces recherches ont montré que l'évolution de ces réactions -pour la plupart réversibles- se faisaient à des vitesses très différentes selon qu'elles ont lieu dans le sens du catabolisme, libérateur d'énergie, ou de la reconstitution du potentiel énergétique, sous form chimique, cette phase anabolique évoluant à vitesse beaucoup plus faible (HILL & MEYERHOF -1), (HARTREE-2), (DUBUISSON-3), (MILLIKAN-4). Nous savons, enfin, que ce cycle fait intervenir, pour les transferts d'ions et d'énergie, des composés azotés et phosphorés et que, par conséquent, le métabolisme de ces substances ne saurait être complètement séparé de celui des glucides.
Ce qu'il s'agit de savoir -ou de préciser- c'est, d'abord, si les maillons du cycle de dégradation des hydrates de carbone sont exactement les mêmes pour le muscle cardiaque et pour le muscle squelettique ; c'est, ensuite, comment ces chaines de réactions correspondent aux phases de contraction et de décontraction qui, dans le cas des mammifères se succèdent à un rythme souvent très élevé, chez les espèces de petite taille, 500 à 520 pulsations par minute chez le rat ( MC EACHERN & BROPHY -5), (HUNDLEY, ASHBURN & SEBRELL- 6),(DESSAUX-7), 560 à 720 chez la Souris (O'BRIANT, PACKCHANIAN, REIMER & WADHEIM-8), bien que quelques auteurs (MOSES-9),(BLAIZOT-10), aient pensé que ces données sont anormalement élevées et traduisent une tachycardie d'origine émotive, les valeurs normales ne dépassant pas, chez le rat, 540 pulsations
par minute.
I1 est donc indispensable, pour faire le point de nos connaissances sur les réponses à ces questions de dresser, d'abord, un tableau schématique du mé-
tabolisme du muscle squelettique.
Les phénomènes chimiques de la contraction musculaire -lorsqu'on négl ige les étapes intermédiaires de ces transformations- présentent deux groupes de réactions (MEYERHOF -11) 3
1) - La transformation du glycogène musculaire en acide lactique par des processus qui ne nécessitent pas l'intervention de l'oxygène :
2) = Une phase d'oxydation dans laquelle une fraction de l'acide lactique produit dans la dégradation précédente (1/5) est oxydée, libérant la quantité d'énergie nécessaire à la resynthèse des 4/5 du glycogène précédemment catabolisé : réaction de Pasteur-Meyerhof. Cette deuxième phase correspond à la phase dite de restauration et n'intervient qu'après la décontraction du muscle (MEYER- HOFF -12). En ce qui concerne la première phase, on sait qu'elle comporte toute une série de phosphorylations et de déphosphorylations, liées à des mutations énergétiques progressives (MEYERHOF & SURANYI -13), (LOHMANN -14,15) (MEYERHOF & LOHMANN -16), (PARNAS & BARANOWSKI -17), (OSTERN & GUTHKE -18), et qu'elle correspond, également, dans son ensemble, à des phénomènes post-contractiles relativement tardifs et que les sources les plus immédiates actuellement connues de l'énergie musculaire sont des composés azotés et phosphorés tels que l'acide créatine-phosphorique (Phosphagène) et l'acide adénosine-tri-phosphorique (ATP), capables d'emmagasiner et de libérer brutalement -sur des liaisonsphosphates labiles ou liaisons à haut potentiel énergétique (LIPPMANN -19), des quantités élevées d'énergie.
La première de ces réactions interviendrait pour phosphoryler le glycogène aux dépens de l'ATP, la déphosphorylation de l'ATP libérant 24.000 calories, qui représenteraient l'énergie immédiatement utilisable pour le travail mécanique :
1 ATP ——% 1 Ac.adénylique + 2 PO4H3 + 24.000 cal. Cette réaction serait immédiatement suivie de la scission de 2 molécules de Phosphagène qui permettrait (par l'énergie et l'acide phosphorique qu'elle libère, un tour), la resynthèse de l'ATP (LOHMANN -20,21), (LOHMANN & MEYER- HOF -22) 8
2 Phosphagène mm} 2 Créatine + 2 PO4H3 + 22.000 cal. 2 PO4H35 + 1 Ac. adénylique + 24.000 ©, ===> ] ATP L'ATP se trouve donc reconstitué :
ATP mmmmm# AC. adénylique + 2 PO4H3 (a)
| 2 Phosphagène —»2 PO4H3 + 2 Créatine (b) Ac. adénylique + 2 PO4H3 —# ATP
La reconstitution du phosphagène se fait au cours de l'évolution du cycle de dégradation des hydrates de carbone qui amène le glycogène au stade de l'acide lactique (LUNDSGAARD -23,24) ; une déphosphorylation finale libère l'acide phosphorique qui se combinera à la créatine (réaction b) pour reformer le phosphagène (PARNAS, OSTERN & MANN -25,26), (NEEDHAM & VAN HEYNINGEN -27).
Quant à l'acide phosphorique libéré, dans la réaction (a LT amorce, par la formation d'une molécule d'hexose-di-phosphate, la chaine des réactions de lactacidogénèse, au cours de laquelle, comme nous venons de le voir, le phosphagène sera reconstitué,
Si on néglige les maillons intermédiaires de ce catabolisme, l'ensemble des réactions se présente ainsi s
LE
1 ATP + l/n Glycogène — + 1 Ac. adényl. + 1 Hex-di-Ph. 2 Phosphagène + 1 Ac.adényl. —__% 1 ATP + 2 Créatine 2 Créatine + 1 Hex. di.Ph. — % 2 Phosphagène + 2 Ac, lactique
L'ensemble des réactions se ramène donc, à la disparition de l/n molécule de Re et à la formation de 2 molécules d'acide lactique (PARNAS & OSTERN-
Dans la seconde phase de ce métabolisme (phase aérobie), le cinquième de ces deux molécules d'acide lactique sera oxydé, tandis que les quatre cinquième restants serviront à la reconstitution partielle de la réserve glycogénique du muscle .
Ce schéma est-il applicable au muscle cardiaque comme il l'est au muscle squelettique ? Trouve-t-on, dans le myocarde, le glycogène, l'ATP et le Phosphagène qui sont les clefs de voûte de cet édifice métabolique ? Ces substances, si elles existent dans le coeur, participent-elles au métabolisme cardiaque ?
À - La réserve glycogénique du coeur -
Le myocarde possède, comme les autres muscles, une réserve de glycogène relativement importante et l'existence de cette réserve est connue depuis fort longtemps (CRAMER, 1888 -29), et sa présence a été signalée non seulement dans le coeur des vertébrés, mais aussi dans celui des invertébrés (BOYLAND -30,31), Cependant, pour des raisons qui seront ultérieurement examinées, on trouve des discordances considérables entre les valeurs pour une même espèce, par les différents auteurs. C'est ainsi que, chez le chien, SCHENK (32), considère comme normal un taux compris entre 369 et 512 mg. par 100 g. de cœur tandis que ces limites sont 360 et 631 (moyenne : 463) pour CRUICKSHANK (33), 500 et 1.260 pour POLLACK, FLOCK, ESSEX et BOLLMANN (34,35), et 160 et 820 (moyenne : 510) pour BONG, JUNKERSDORF et STEINBORN (36) ; enfin dans un travail récent, CASTEN et MARSH (37), pratiquant sur le chien normal des biopsies du coeur, obtiennent un taux de glycogène de 697 mg. par 100 g. Chez le lapin, CAMIS (38), trouve un taux moyen de glycogène cardiaque de 490 mg. par 100 g. avec des variations comprises entre 204 et 690 mg., GAYDA (39), entre 98 et 113, LOEWI & WESELKO (40) entre 110 et 230, MAC PHERSON, ESSEX et MANN (41) entre 354 et 640 (moyenne 483), BONG, JUNKERSDORF & STEINBORN (36) entre 110 et 550 (moyenne 390), et MANSFELD (42) entre 78 et 347. Les écarts apparaissent plus significatifs encore entre les auteurs qui n'indiquent que les valeurs moyennes : 387 mg. pour 100 g. pour LIEBIG (43), 1.010 pour BUELL, STRAUSS & ANDRUS (44), 108 pour MACLEOD et PRENDERGAST (45), qui indiquent en même temps, un taux de 547 mg. pour 100 g. dans le myocarde du chien. Chez le rat, SCHRODER (46), indique que la teneur du myocarde en glycogène est de 1.045 mg. pour 100 g. tandis qu'EVANS (47), la fixe à environ la moitié de ce taux (497 mg. par 1008), LAWRENCE et MC CANCE (48) à 520 mg. et HEPBURN et LATOHFORD (49) à 204, Pour le chat, enfin, nous observons encore la même dispersion entre les résultats des divers auteurs : 1.020 mg. par 100 g. de coeur, selon BUELL, STRAUSS et ANDRUS (44), 358 mg. selon CAMIS (38) et, pour HINES, KATZ et LONG (50), 138 mg. pour 100 g. au lieu de 554 dans le muscle squelettique .
En dépit des difficultés du dosage et des écarts considérables que présentent leurs propres résultats, certains Âauteurs ont pu prétendre que le
glycogène n'est pas uniformément réparti dans le myocarde : SEKIGUCHI (5) indique pour le lapin : Ventricule gauche : 578 mg. Ventricule droit +: 457 mg.
pour le cobaye : Ventricule gauche : 467 mg : Ventricule droit : 543 mg.
CRUICKSHANK et SHRIVASTAVA (52) donnent les valeurs suivantes pour le chien : Ventricule gauche 575 mg. (avec des valeurs extrêmes égales à 427 et 680) ; Ventricule droit : 609 (valeurs extrêmes : 386 et 737). BOYLE et MC DONAID (58 indiquent pour la même espèce la répartition suivante : Oreillette droite : 557 mg .« Oreillette gauche : 767 mg. Ventricule droit : 888 ms . Ventricule gauche : 670 ms . Septum : 680 mg. par 100 g.; ces auteurs ajoutent, toutefois qu'ils n'accordent pas de signification à ces différences. C'est égalemænt ce qui résulte des indications de MC PHERSON, ESSEX, et MANN (41), selon lesquelles, chez le lapin, le taux du glycogène cardiaque est maximum dans les oreillettes, puis à l'apex et qu'il diminue régulièrement quand on se rapproche de la région ventriculaire, ces différences étant toujours peu importantes alors que celles qui s'observent d'un sujet à l'autre sont considérables . Enfin, BLUME (54) a trouvé dans le coeur humain (normal) un taux de
glycogène compris entre 320 et 1.040 mg. par 100 g. et n'a pas constaté de différences systématiques entre les différentes parties de l'organe.
Dans l'important travail qu'il a consacré, en 1954, à l'étude du glycogène cardiaque chez le rat, G. EVANS (47) a montré que cette réserve était caractérisée par une relative stabilité, dans les conditions physiologiques normales .Cette stabilité avait, d'ailleurs, antérieurement, attiré l'attention d'autres chercheurs qui ont même considéré qu'il y avait, dans cette stabilité, une preuve de l'incapacité du coeur à utiliser -même en cas de défaillance de la glycémie- sa réserve glycogénique comme aliment énergétique .
Sur la question de l'influence possible du régimæ alimentaire et du jeûne, les auteurs s'accordent, généralement à reconnaître 1a constance du taux du glycogène cardiaque, alors qu'on observe, dans les mêmes circonstances, une diminution importante du glycogène hépatique et du glycogène de la musculature squelettique (MACLEOD & PRENDERGAST -45), (LAWRENCE & MC CANCE-48). Pour EVANS (47), le taux de la réserve glycogénique cardiaque augmente au début du jeûne et présente sa valeur maximum au bout de 48 heures. Cette indépendance du taux du glycogène cardiaque à l'égard de l'état de nutrition de l'animal se maintiendrait même, pour des jeûnes prolongés, pendant 56 heures alors que la réserve hépatique s'abaisse jusqu'à une valeur insignifiante (BONG, JUNKERSDORF & STEINBORN -36). CRUICKSHANK (33), et JUNKERSDORF & HANISCH (55), cependant, affirment que le taux du glycogène cardiaque, chez le chien, dépend du régime alimentaire, qu'il augmente avec un régime riche en hydrates de carbone et diminue avec un régime pauvre . LILBIG (45), beaucoup plus récemment, a tiré des conclusions dans le même sens de ses études sur l'influence de la nutrition sur le taux du glycogène cardiaque chez le lapin. PATTERSON & STAR- LING (56), dans un travail déjà ancien, ont noté que le jeûne a pour effet de réduire l'extrême variabilité qu'ils avaient observée dans les taux du glycogène cardiaque, chez le chien : animaux nourris : 140 à 850 mg. de glycogène par 100 g. de myocarde : animaux au jeûne : 150 à 350 mg. et KREIENBERG & WIESENHUTTER (57) ont observé, sous l'effet du jeûne, une diminution du taux du glycogène cardiaque de 510 à 550 mg. par 100 g. dans un travail qui présente, par ailleurs, d'autres résultats surprenants, tels qu'une élévation de cette même réserve glycogénique, sous l'influence de l'anoxie, de 520 à 708 mg « par 100 g. Inversement, GRUNKE, SCHUMANN & BOHM (58) observant chez le rat,
après un jeûne de 72 heures, alors que les animaux on# perdu de 12 à 15% de leur poids, une augmentation du taux du glycogène cardiaque qui passe de 475
à 554 mg. par 100 g. d'organe . Il y a lieu de remarquer qu'il n'est pas impossible que le taux du glycogène cardiaque présente des variations de courte durée, sous l'influence des conditions de nutrition du myocarde. HIGGINS, BERKSON & FLOCK (59) ont remarqué que le foie du rat présente au cours de la journée des variations de sa teneur en glycogène qu'ils ont rapportées aux oscillations des apports glucidiques consécutives à l'alimentation. Ces résultats
ont été confirmés par HOLMGREN (60) et par EDLUND & HOLMGREN (61) qui ont mis en évidence l'existence d'un véritable rythme nycthéméral du glycogène hépatique dans lequel pourraient intervenir diverses régulations, hypophysaires
en particulier (JORES -62). Récemment, KOHLER (63) a étendu res résultats au muscle cardiaque, Le myocarde du rat présenterait, au cours de la journée,
des variations cycliques de sa teneur en glycogène qui présenterait ainsi,
deux maximum vers 1 heure (750 mg.) et 20 heures (650 mg.) et deux minimum vers 10 heures (420 me.) et 22 heures (480 mg.). Ces oscillations seraient, cependant encore, selon cet auteur, indépendantes de l'état de nutrition de l'animal. Or sait d'ailleurs qu'il existe, chez le rat, au cours d'une période de 24 heures, un cycle hypo et hyper-glycémique, indépendant des apports alimentaires (PITTS-64).
L'accord est, également, à peu près général sur le fait que, dans les épreuves anoxémiques, la réserve de glycogène du myocarde soit plus ou moins profondément altérée ; c'est à ce phénomène qu'il y a lieu d'attribuer -commæ nous le verrons- la disparition rapide du glycogène cardiaque après la mort.
Les opinions divergent, par contre, sur l'effet que produit un travail considérable sur le niveau de la réserve glycogénique du myocarde . Contrairement à l'avis d'EVANS (47), qui, chez le rat, ne constate pas de variation du taux du glycogène du coeur dans un travail intensif, SCHUMANN (65), observe, également chez le rat, après 5 heures d'épuisement du sujet sur un tapis roulant ou dans une épreuve de nage forcée, un abaissement du taux du glycogène cardiaque de 508 à 250 mg. par 100 g. de coeur, envirm. Le phosphagène et l1'ATP diminuent parallèlement .
Glycogène Phosphagène 11.00
I1 constate, en outre, qu'après un entraînement durant 14 jours, pour une même épreuve, d'une durée de 2 heures, au tapis roulant, le taux du glycogène cardiaque ne s'abaisse plus qu'à 420 au lieu de 290 mg par 100 ge L'auteur interprête ce résultat comme l'indication que le surcroit de travail -par suite de l'incapacité du flux sanguin à satisfaire le besoin accru d'oxygène- place le coeur dans un état d'anoxémie relative et que l'entrainement réalise, par une adaptation de la circulation coronarienne qui pere ts alors, une augmentation du débit sanguin et la possibilité d'un ravitaillement suf-
fisant en oxygène »
B - Les composés phosphorés à haut potentiel énergétique du coeur
En dehors des travaux anciens de SCHENK (66), dont les résultats s'accordent mal avec ceux des autres auteurs, la question de savoir si le phosphagène occupe la même place dans les processus chimiques qui accompagnent la contraction du coeur et celle du muscle squelettique a été clairement posée par CLARK, EGGLETON et EGGLETON dès 1932 (67). Ces auteurs trouvent, dans le ventricule du coeur de grenouille, un taux de phosphagène de 7.3 mg. par 100 g. au lieu de 51.3 mg. dans le muscle squelettique. Quant à l'indice de phosphagène, c'est à dire au rapport des taux de Phosphore engagé dans le phosphagène et de Phosphore minéral, il est de 0.63% dans le cas du coeur contre 3.60 dans celui du muscle. Chez la tortue, ie taux du phosphagène cardiaque est plus fai-
ble encore (5.0 mg. p. 100 g. ).
Chez les mammifères, EGGLETON et EGGLETON (68) trouvent pour le Cobaye, un taux de phosphagène de 5.2 mg. par 100 g., correspondant à un imdice de phosphagène de 0,18, alors que PALLADIN et EPELBAUM (69), indiquent pour le coeur de cette même espèce 0.07 au lieu de 0.62 pour le muscle squelettique . CRUICKSHANK, MC CLURE et MC INTOSH, CRUICKSHANK (70), dorment respectivement pour taux et indice du phosphagène dans le coeur 6.0 et 0.22 chez le chat, tandis que BURNS et CRUICKSHANK (71) indiquent 6.1 et 0.18. Chez le chien les taux indiqués sont de 5.3, avec un indice-phosphagène de 0.19 (CRUICKSHANK -70) et 3,0 à 8.5 (POLLACK, FLOCK & BOLLMANN -35). Chez le lapin, BUELL, SIRAUSS et AN- DRUS (44) estiment le taux du phosphagène à 6.5 ms. par 100 g. dans le coeur au lieu de 34 mg. dans le muscle ( chez le chat : 5.3 au lieu de 33) et SEKICUCHI (72) à des valeurs comprises entre 6.1 et 7.31 tandis que FERDMANN et PEINSCH- MIDT (73) indiquent, pour cette espèce un indice phosphagène égal à 0.14.
D'une manière générale, les auteurs s'accordent donc, sur le fait que le coeur est relativement pauvre en phosphocréatine, bien qu'ils assignent à ce composé un rôle aussi important dans la contraction du muscle cardiaque qu dans celle du muscle squelettique . CLARK, EGGLETON et EGGLETON (67) ont justifié le taux très faible du phosphagène cardiaque, chez la grenouille et chez la tortue ils ont montré que cette quantité, si minim soit-elle, était encore très supérieure à celle qui est requise pour assurer une contraction systolique et que -puisque, dans les conditions du fonctionnement cardiaque normal, la resynthèse du phosphagène utilisé se produit à chaque repos diastolique- elle constitue, même une petite réserve énergétique . Les différences considérables des taux de phosphagène dans le muscle cardiaque qui s'observent d'une espèce à l'autre ont été rapportées par PALLADIN et EPELBAUM (74) et par F£RDMANN et FEINSCHMIDT (75) aux différences des rythmes de contraction, le taux du phosphagène variant en raison inverse de la fréquence cardiaque .
En ce qui concerne l'ATP, les valeurs indiquées par les différents auteurs montrent des écarts moins importants avec les taux rencontrés dans le muscle squelettique 3: chez le Lapin 3 39.0 mg. par 100 g. (BUELL, STRAUSS & ANDRUS 44), 25.0 (WEICKER -76), 15.9 (SEKIGUCHI -72) ; chez le chat 3 48.4 (BUELL, STRAUSS & ANDRUS -44), 22,0 (BURNS & CRUICKSHANK -71) ; chez le chien : 24,0 (POLLACK, FLOCK & BOLLMAN -35), 28.0 (BURNS & CRUICKSHANK-71) : chez le cobaye : 24.3 (EGGLETON & EGGLETON -68), chez le rat : 27,8 (GRAUER -77), 18.8 (CASTEN 78), ce dernier auteur, remarquant en outre que le taux de l' ATP est relativement constant au cours de la vie du rat, alors que celui de la phospho-créatine -qui est normalement de 8.6 mg. par 100 g.- s'abaisse jusqu'à 4.7 mg, au œurs de la période de sénilité ,
On a discuté la nature exacte du composé adénylique du coeur. Signalé dès 1930, dans le coeur de boeuf, par DRURY & SZENT GYORGUI (79) et désigné conme un dérivé de l'acide adénylique (BENETI & DRURY-80), le nucléotide du muscle cardiaque différerait selon BEATTIE, MILROY & STRAIN (81) de l'ATP du muscle squelettique 3 11 serait constitué par la juxtaposition d'une molécule d'acide adénosine-di-phosphorique et d'une molécule d'acide adénosine-tri-phosphorique, hypothèse qui a été, ultérieurement reprise par FURCHGOTT & SHORR (82), FERD- MANN & GALLPERIN (85) reprenant l'étude du nucléotide cardiaque sont arrivés à des conclusions analogues .
Par ailleurs enfin, des expériences, in vitro, de COLOWICK, KALCKAR & CORI (84) ont montré que des extraits de myocarde étaient capables d'oxyder le glucose après phosphorylation, suivant des étapes très comparables à celles suivies par cette oxydation dans le muscle squelettique .
Ainsi donc, le myocarde présente des quantités plus ou moins importantes de substances qui interviennent activement dans la contraction musculaire. Qu'une petite différence puisse exister concernant la nature du nucléotide, coferment de la lactacidogénèse, que le coeur soit beaucoup moins riche en phosphagène que le muscle squelettique, le myocarde possède cependant, un "capital énergétique" qui, selon SCHUMANN (45), se présente ainsi, en mg. pour 100 grammes de coeur, chez le rat :
Phosphagène ATP Glyocogène ” : 478.0
c'est à dire un potentiel énergétique d'environ 120 grandes calories
