Cours d anatomie et de physiologie : le système cardiovasculaire. Copyright ISUPNAT - Cours de Marie-Caroline SCHAUER 1

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1 Cours d anatomie et de physiologie : le système cardiovasculaire 1

2 Le système cardiovasculaire A / INTRODUCTION L appareil cardiovasculaire est constitué du cœur et des vaisseaux. Sa fonction principale est d être un mode de transport. De cette fonction principale dépendent ainsi quatre fonctions : fonction de nutrition en acheminant le sang dans toutes les parties du corps pour nourrir les cellules. fonction d élimination en débarrassant les cellules de leurs déchets. fonction immunitaire avec la présence des globules blancs. véhicule des molécules de l information, les hormones. B / LE CŒUR I / Anatomie du cœur 1) Situation et dimension du cœur Le cœur est un organe musculaire creux qui délimite 4 cavités : 2 ventricules et 2 oreillettes. Il est situé dans la cavité thoracique, dans la région appelée le médiastin. Il se positionne devant la colonne vertébrale, en arrière du sternum et entre les 2 poumons. Il repose sur le diaphragme qui est le muscle séparant la cavité thoracique de la cavité abdominale. Les 2/3 du cœur sont situés à gauche de la ligne médiane du corps et 1/3 est situé à droite. Le cœur a la forme d un cône dont la pointe se dirige en bas, en avant et à gauche, et la base dans l autre sens. La pointe du cœur est appelée apex. Les dimensions du cœur sont variables d un individu à l autre, et dépendent également de l activité physique de l individu. En moyenne, le cœur correspond environ à la grosseur d un poing fermé de la personne. Valeurs moyennes : - longueur : 12 cm - largeur : 9 cm - épaisseur : 6 cm - poids : 250 à 300 gr 2) L enveloppe du cœur : le péricarde Il contient 2 parties : - le péricarde fibreux situé sur l extérieur. Couche de tissu conjonctif lâche, très résistant et non élastique. Il est rattaché au diaphragme, au sternum et aux gros vaisseaux qui entrent et qui sortent du cœur. 2

3 Sa fonction est de maintenir le cœur en place, le protège et empêche sa dilatation excessive. - le péricarde séreux avec ses 2 feuillets. Le feuillet pariétal du péricarde séreux est accolé au péricarde fibreux. En se repliant sur lui-même, il donne le feuillet viscéral appelé épicarde. Entre ces 2 feuillets, la cavité péricardique contient le liquide péricardique. Ce liquide évite les frottements entre les 2 feuillets. 3) La paroi du cœur a) L épicarde C est le feuillet viscéral du péricarde séreux. Il est fait d une couche de tissu conjonctif, d une membrane basale et d un mésothélium. Le mésothélium produit le liquide péricardique. b) Le myocarde C est la couche la plus épaisse. Il est composé d un tissu conjonctif qui forme le squelette fibreux et de cellules musculaires (fibres musculaires) ramifiées. Ces cellules musculaires sont involontaires et striées. Elles sont fortement liées entre elles et forment 2 grands réseaux distincts : - un réseau autour des oreillettes = réseau auriculaire - un réseau autour des ventricules = réseau ventriculaire Ces réseaux sont séparés par du tissu conjonctif qui limite la propagation de l influx électrique du potentiel d action et permet ainsi de respecter la zone de contraction. Entre les fibres musculaires cardiaques, il existe un système de liaison permettant : - une solidarité entre les fibres - une communication électrique rapide entre elles. Cette communication rapide permet à toutes les cellules d un même réseau de se contracter en même temps. c) L endocarde L endocarde est un épithélium qui tapisse l intérieur du cœur. Il est en contact avec le sang contenu dans les cavités cardiaques. L endocarde est formé d une mince couche de tissu conjonctif, d une lame basale et d une couche de cellules épithéliales aplaties. Il est en continuité avec l endothélium des vaisseaux sanguins. 4) Les cavités du cœur Elles sont au nombre de 4 : - 2 oreillettes dans la partie supérieure : oreillette droite (OD), oreillette gauche (OG) - 2 ventricules dans la partie inférieure : ventricule droit (VD), ventricule gauche (VG) Certaines de ces cavités communiquent entre elles. 3

4 Les oreillettes sont séparées par une cloison appelée le septum interauriculaire. Les ventricules sont séparés aussi par une cloison appelée septum interventriculaire. Les cavités droites ne communiquent pas avec les cavités gauches. Par contre, l OD communique avec le VD par l orifice auriculo-ventriculaire droit. Idem entre OG et VG. La paroi des oreillettes est plus mince que celles des ventricules car ces derniers ont davantage besoin de se contracter. De plus, le ventricule gauche a une épaisseur de paroi plus importante que celle du ventricule droit (3 fois plus) car pompe de la circulation générale. Des sillons délimitent extérieurement les différentes cavités du cœur. C est au niveau de ces sillons que passent les vaisseaux qui nourrissent le cœur. 5) Circulation du sang dans le cœur et les vaisseaux a) La grande circulation Elle est appelée aussi circulation générale ou circulation systémique. Elle part du ventricule gauche pour revenir au cœur par l oreillette droite. Elle comprend : - le ventricule gauche - l aorte et ses branches - les capillaires de la circulation générale dits capillaires systémiques - la veine cave supérieure - la veine cave inférieure - le sinus coronaire - l oreillette droite Elle alimente le corps entier en oxygène. Le sang oxygéné circule dans les artères et le sang désoxygéné circule dans les veines. b) La petite circulation Elle est appelée aussi circulation pulmonaire. Elle part du ventricule droit pour revenir au cœur par l oreillette gauche. Elle comprend : - le ventricule droit - le tronc pulmonaire qui se divise en les artères pulmonaires droite et gauche - les capillaires pulmonaires - les veines pulmonaires - l oreillette gauche Elle reçoit le sang venant du corps et l envoie dans les poumons pour qu il y soit oxygéné. Le sang oxygéné circule dans les veines et le sang désoxygéné circule dans les artères. Ainsi, on définit les artères comme étant les vaisseaux qui quittent le cœur et les veines sont les vaisseaux qui arrivent au cœur. c) Description du mécanisme circulatoire Trois veines entrent dans l oreillette droite : - la veine cave supérieure - la veine cave inférieure - le sinus coronaire Elles y déversent le sang désoxygéné en provenance des différentes parties de l organisme. Le sang est appauvri en O 2 et enrichi en CO 2. 4

5 L oreillette droite envoie ce sang dans le ventricule droit. Le ventricule droit l éjecte dans le tronc pulmonaire qui se divise en artères pulmonaires droite et gauche. Chacune de ces artères transporte le sang vers un poumon où il est débarrassé du CO 2 et alimenté en O 2. Le sang oxygéné est ramené à l oreillette gauche par les 4 veines pulmonaires. Puis il gagne le ventricule gauche qui le propulse dans l aorte. L aorte est la plus grosse artère de l organisme ; par ses ramifications successives, elle répand le sang oxygéné dans tout le corps, y compris les artères qui irriguent les poumons (artères bronchiques). Au niveau des tissus, le sang est appauvri en O 2 et se charge en CO 2. Puis ce sang désoxygéné revient à l oreillette droite par les 3 veines précitées ci-dessus. 6) Les valves cardiaques c) Introduction Pour que le sang puisse circuler dans un seul sens, il y a un système de valves cardiaques qui sont des systèmes anti-reflux. Ces valves sont des lames de tissu conjonctif flexibles que l on appelle cuspide. En fonction de la pression qui s exerce à leurs surfaces, les cuspides sont alternativement jointes ou disjointes. c) Les valves auriculo-ventriculaires Le but de ces valves est d empêcher le sang de refluer des ventricules dans les oreillettes. La valve auriculo-ventriculaire droite est formée de 3 cuspides, elle est appelée valve tricuspide. La valve auriculo-ventriculaire gauche est formée de 2 cuspides, elle est appelée valve mitrale. Le fonctionnement de ces valves est un phénomène passif, il dépend de la différence de pression entre oreillette et ventricule : - Quand le ventricule se relâche, la pression dans le ventricule devient < à la pression dans l oreillette, ce qui permet l ouverture de la valve. - Quand le ventricule se contracte, la pression dans le ventricule augmente devenant > à la pression dans l oreillette. Le sang est poussé contre les cuspides ce qui provoque leur rapprochement et ferme l accès du sang à l oreillette. c) Les valves sigmoïdes Ce sont les valves situées entre les ventricules et les artères. Il y a la valve sigmoïde aortique située entre le ventricule gauche et l aorte, et la valve sigmoïde pulmonaire située entre le ventricule droit et le tronc pulmonaire. Leur rôle est d empêcher le reflux du sang de ces artères (l aorte et le tronc pulmonaire) dans les ventricules. Là encore, leur fonctionnement est un phénomène passif dû à la différence de pression : - Quand les ventricules se contractent, leurs pressions dépassent celles de l aorte et du tronc pulmonaire, ce qui ouvre les valves sigmoïdes. - Quand les ventricules se relâchent, leur pression devient < à celles qui règnent dans l aorte et le tronc pulmonaire, ce qui entraîne la fermeture des valves sigmoïdes. 7) Irrigation sanguine du cœur Elle est assurée par les artères coronaires droites et gauches. 5

6 Ces artères naissent de l aorte ; elles circulent au niveau des sillons à la surface du cœur. Il existe un système de communication entre les différentes branches issues de ces artères coronaires. Elles permettent une voie de suppléance en cas d obstruction artérielle, mais ne sont pas toujours suffisantes pour assurer une circulation correcte en cas d obstruction artérielle. Dans ce cas, l obstruction entraîne une nécrose tissulaire (c est à dire la mort du tissu). A noter : l infarctus du myocarde n est pas forcément dû à une artère bouchée, il peut s agir d un spasme des artères. La circulation coronaire est assurée par des artères issues de l aorte, qui deviennent des veines et des veines qui donnent naissance à des sinus coronaires qui se rejoignent pour aller dans l oreillette droite. 8) Innervation du cœur Le cœur est sous le contrôle du système nerveux autonome sympathique et parasympathique. Il n est donc pas sous le contrôle de la volonté. De nombreuses fibres nerveuses sympathiques et parasympathiques innervent les cellules musculaires cardiaques. 9) Le tissu nodal a) Introduction Le cœur se contracte de façon rythmique pour agir comme une pompe et envoyer le sang dans tout le corps. Pour que le cœur soit une pompe efficace, il faut que ces fibres se contractent de façon coordonnée. Cette coordination est assurée par 2 structures : - les structures fonctionnelles (liaisons) qui existent entre les fibres musculaires - un tissu particulier qui est le tissu nodal b) Définition du tissu nodal Le tissu nodal est fait de cellules myocardiques spécialisées que l on appelle cellules nodales. Elles ont la possibilité de produire spontanément et rythmiquement des influx électriques : elles sont auto-excitables. Elles représentent 1% de toutes les cellules myocardiques, les 99% autres sont des cellules dites contractiles. Les cellules nodales produisent les influx électriques à l origine des contractions cardiaques (battements cardiaques). Elles établissent le rythme de base du cœur, et transmettent l influx à tout le muscle cardiaque. A noter : Le tissu nodal est un tissu nerveux et non un tissu musculaire. c) Constitution du tissu nodal et parcours de l influx Le tissu nodal est constitué : - du nœud sinusal, dans la paroi de l oreillette droite - du nœud auriculo-ventriculaire, dans la paroi de l oreillette droite - le faisceau auriculo-ventriculaire ou faisceau de His qui se divise en 2 branches, situé dans la cloison inter-ventriculaire 6

7 - ces branches se divisent dans la paroi des ventricules en myofibres de conduction cardiaque dites fibres de Purkinje Les myofibres de conduction cardiaque entrent alors en contact avec les cellules myocardiques contractiles. Quand le cœur fonctionne normalement, l influx électrique part du nœud sinusal et va parcourir les différentes structures du tissu nodal puis se propage rapidement dans tout le myocarde. L influx se propage de cellule en cellule par l intermédiaire des jonctions ouvertes, structures particulières situées entre les fibres myocardiques contractiles. L influx électrique provoque d abord la contraction des oreillettes puis celle des ventricules. Le faisceau de His est le seul moyen de communication entre les oreillettes et les ventricules, d où l importance que le tissu nodal soit sain pour avoir une bonne transmission. Dans le cas d anomalie du tissu nodal, on y pallie par la pause d un pace maker pour recréer l influx électrique. Parfois d autres parties du tissu nodale, autre que le nœud sinusal, peuvent envoyer des influx électriques anormaux entre les influx nerveux normaux, ce sont des extra systoles. Elles peuvent survenir quand il y a un abus d excitant, un stress important ou encore un manque de sommeil. Elles peuvent aussi être la traduction d une défaillance cardiaque pathologique. II /Physiologie cardiaque 1) Physiologie de la contraction du muscle cardiaque Il s agit d expliquer comment se fait l influx électrique, cela fait donc référence à la notion de potentiel de membrane. Le potentiel de membrane est une tension électrique qui existe de part et d autre de la membrane de la cellule. Cette différence de charge correspond à une composition ionique du liquide extracellulaire différente de celle du liquide intracellulaire : - Dans le liquide intracellulaire, il y a beaucoup d ion K +, d ions phosphates et d acides aminés chargés négativement. - Dans le liquide extracellulaire, il y a beaucoup d ions Na + et d ions Cl -. De plus, cette membrane a une perméabilité sélective c est à dire qu elle ne se comporte pas de la même façon avec tous les ions : plus perméable au K + qu au Na +. Au niveau des fibres musculaires cardiaques : Le potentiel membranaire au repos est de 90 mv. Quand une fibre musculaire cardiaque contractile est stimulée par un influx électrique, il se produit une modification de la perméabilité de sa membrane. Dans un 1 er temps, il existe une accumulation d ions Na + dans la fibre musculaire si bien que le potentiel de membrane s inverse : c est la phase de dépolarisation. Dans un 2 ème temps, la perméabilité se modifie à nouveau ce qui aboutit à évacuer de la cellule plus d ions + qu il n en pénètre : c est la phase de re-polarisation. Cette variation rapide du potentiel de membrane s appelle potentiel d action. Un potentiel d action comporte : - une phase de dépolarisation - une phase de repolarisation - une période réfractaire qui est un laps de temps pendant lequel la cellule ne peut subir un autre potentiel d action en réponse à un 2 ème influx électrique. 7

8 Toutes les cellules ont un potentiel de membrane mais seules certaines cellules du corps peuvent avoir un potentiel d action : nerveuses et musculaires. Quand la fibre musculaire cardiaque est dépolarisée, il se produit dans la cellule une arrivée massive d ions Ca 2+ qui vont se lier à certaines substances de la cellule (myosine) lui permettant de se contracter. Pendant la phase de repolarisation, les ions Ca 2+ quittent la cellule et la fibre se relâche. La période réfractaire des myofibres cardiaques est beaucoup plus longue que celle des myofibres squelettiques, ce qui empêche toute contraction maintenue. Si c est en se contractant que les ventricules éjectent le sang dans les artères, c est en se relâchant qu ils se remplissent de sang. Dans le cas d une contraction maintenue, la circulation sanguine s arrêterait. Dans le cas du myocarde, l influx électrique est un potentiel d action produit au niveau des cellules nodales, cellules qui sont auto-excitables, c est à dire qui ont la possibilité de modifier leur potentiel de membrane et provoquer les phases de dépolarisation et de re-polarisation. 2) Le cycle cardiaque a) Introduction Un cycle cardiaque correspond à tous les événements qui se produisent au cours d un battement cardiaque. Le sang circule toujours d une région à haute pression vers une région à basse pression. La fonction du cœur est de produire les pressions qui entraînent la circulation du sang. La dépolarisation entraîne d abord la contraction des oreillettes pendant que les ventricules sont relâchés, rapidement suivie par la contraction des ventricules pendant que les oreillettes se relâchent. On appelle : - systole la phase de contraction - diastole la phase de relâchement Chaque cycle cardiaque se compose d une systole et d une diastole. b) Description La diastole générale : C est la période pendant laquelle les 4 cavités sont relâchées. Elle se situe à la fin d un battement cardiaque, lorsque les ventricules commencent à se relâcher par re-polarisation de leurs fibres musculaires. Comme les ventricules se relâchent, la pression ventriculaire diminue devenant inférieure à la pression aortique et à la pression pulmonaire, ce qui provoque la fermeture des valves sigmoïdes. Dans un 1 er temps, la pression ventriculaire dépasse la pression auriculaire, si bien que la valve auriculo-ventriculaire reste fermée. Toutes les valves sont fermées, c est la phase dite de relaxation ventriculaire isovolumétrique. Dans un 2 ème temps, comme les ventricules continuent de se relâcher, leur pression devient inférieure à la pression auriculaire ce qui provoque l ouverture des valves auriculo-ventriculaires, et par la même l écoulement de sang des oreillettes dans les ventricules (car la pression y est plus basse) Cet écoulement assure 80% du remplissage ventriculaire. La systole auriculaire : Elle fait suite à la diastole générale. 8

9 Elle assure les 20% restants du remplissage ventriculaire. La quantité de sang qui se trouve dans chaque ventricule à la fin du remplissage ventriculaire est d environ 130 ml et correspond au volume télé diastolique. La diastole auriculaire : Elle fait suite à la systole auriculaire et se maintient jusqu à la fin de la prochaine diastole générale. Les oreillettes se relâchent et se remplissent de sang par l intermédiaire des veines qui y débouchent (veines caves, sinus coronaire, veines pulmonaires) La systole ventriculaire : Elle débute en même temps que la diastole auriculaire. L influx électrique produit par le nœud sinusal a gagné les fibres musculaires ventriculaires, provoquant leur dépolarisation, et par la même leur contraction. Cette contraction provoque une élévation brutale de la pression ventriculaire qui dépasse la pression auriculaire, d où la fermeture des valves auriculo-ventriculaires. Le sang ne peut donc pas refluer dans les oreillettes. Dans un 1 er temps, les pressions aortiques et pulmonaires restent supérieures aux pressions ventriculaires. Les valves sigmoïdes restent donc fermées, les ventricules ne peuvent se vider malgré leur contraction. C est la phase dite de contraction ventriculaire iso volumétrique. Dans un 2 ème temps, comme la contraction ventriculaire continue, les pressions ventriculaires deviennent supérieures à la pression aortique à gauche et à la pression pulmonaire à droite, d où l ouverture des valves sigmoïdes et expulsion du sang dans l aorte et le tronc pulmonaire. C est la phase d éjection ventriculaire pendant laquelle les ventricules se vident, mais pas complètement. Le volume de sang qui reste est d environ 60 ml et correspond au volume télé systolique. Par conséquent, au repos la quantité de sang expulsé par chaque ventricule à chaque battement cardiaque est d environ 70 ml. Durant la contraction ventriculaire, la pression dans le ventricule gauche monte à 120 mm Hg et la pression dans le ventricule droit à 30 mm Hg, car la circulation pulmonaire est un système à basse pression. Néanmoins, les variations de pression dans le cœur droit et le tronc pulmonaire sont qualitativement semblables à celles dans le cœur gauche et l aorte : le ventricule droit éjecte la même quantité de sang que le ventricule gauche. Quand le sang circule dans l aorte et le tronc pulmonaire, la pression dans ces vaisseaux augmente en même temps que la pression dans les ventricules. La valeur maximale de ces pressions est donc respectivement de 120 et 30 mm Hg. Puis les ventricules se relâchent rapidement, leur pression devient presque immédiatement inférieure aux pressions aortique et pulmonaire, ce qui entraîne la fermeture des valves sigmoïdes et une autre phase de diastole générale commence. On peut résumer le cycle cardiaque en 2 phases principales : Une phase de diastole ventriculaire, relaxation ventriculaire qui comprend : - la diastole générale - la systole auriculaire Une phase de systole ventriculaire, contraction ventriculaire qui comprend : - la diastole auriculaire 9

10 c) Chronologie de la systole et de la diastole Pour une fréquence cardiaque = 75 battements / min, chaque cycle cardiaque dure 0,8 seconde. - la diastole générale 0,4 seconde - la systole auriculaire 0,1 seconde - la systole ventriculaire 0,3 seconde - la diastole auriculaire 0,7 seconde Soit : - la diastole ventriculaire 0,5 seconde - la systole ventriculaire 0,3 seconde Pour une fréquence cardiaque = 120 battements / minute, chaque cycle cardiaque dure 0,5 seconde : la diastole générale est abrégée. - la systole ventriculaire est toujours proche de 0,3 seconde - la diastole ventriculaire est d environ 0,2 seconde Au cours d un exercice physique, c est la diastole qui est écourtée par rapport à la systole. On raccourci donc la phase de repos du cœur. d) Les bruits du cœur Le 1 er bruit appelé B1 est lié à la fermeture des valves auriculo-ventriculaire, et le 2 ème bruit B2 correspond à la fermeture des valves sigmoïdes. L espace entre B1 et B2 correspond à la systole ventriculaire (contraction), et l espace entre B2 et B1 correspond à la diastole ventriculaire (relâchement). Au repos, l espace entre B2 et B1 est 2 fois plus long que l espace entre B1 et B2. Les souffles sont des bruits cardiaques anormaux. Soit ils se situent entre les bruits normaux, soit ils masquent les bruits normaux. Parfois ces souffles sont bénins, principalement chez les enfants du fait de la mince paroi cardiaque qui laisse plus facilement entendre les vibrations de la turbulence du sang. Souvent ces souffles correspondent à des anomalies (pathologie cardiaque) au niveau des valves soient anormalement rétrécies, soient parce qu elles se ferment mal, ou encore s il existe une communication entre les 2 ventricules ou les 2 oreillettes. 3) Le débit cardiaque a) Définition C est le volume de sang éjecté par chaque ventricule en 1 minute, à savoir : - soit le sang du ventricule gauche éjecté dans l aorte - soit le sang du ventricule droit éjecté dans la circulation pulmonaire. Débit Cardiaque = Volume Ejection Systolique x Fréquence Cardiaque Le débit cardiaque = 70 ml x 75 battement/min = 5 litres/min Ainsi à chaque minute, le cœur expulse le volume sanguin total dans la grande circulation et dans la petite circulation, soit 2x5 litres. Le débit cardiaque augmente avec les besoins en O 2 du corps. Lors d un exercice physique intense, on peut doubler la fréquence cardiaque et le VES, donc on peut quadrupler son débit cardiaque par rapport au débit cardiaque au repos. Chez un athlète entraîné, on peut multiplier jusqu à 7 fois le débit cardiaque au repos. 10

11 b) Régulation du Volume d Ejection Systolique (VES) VES = Volume Télé Diastolique (VTD) Ŕ Volume Télé Systolique (VTS) VES = 130 ml 60 ml = 70 ml Les 3 facteurs intervenant sur le VES : - la pré-charge - la contractilité - la post-charge La pré-charge : C est l état d étirement des fibres avant la contraction. Elle correspond au degré d étirement du cœur avant sa contraction. Plus les fibres cardiaques musculaires sont étirées juste avant leur contraction, plus leur force de contraction sera grande donc plus le VES sera grand. Ce degré d étirement dépend du volume télé diastolique. 2 facteurs interviennent sur le volume télé diastolique (VTD) : - La durée de la diastole ventriculaire : plus la durée est longue plus le VTD est élevé et inversement. Quand la fréquence cardiaque dépasse 200 bat/min la durée est trop courte pour que les ventricules se remplissent correctement, donc le VTD diminue et le VES aussi. A l inverse, les personnes qui ont des fréquences cardiaques basses au repos ont de grands VES car leur temps de remplissage des ventricules est plus long. - La pression veineuse : lorsque la pression veineuse augmente, la pression dans les ventricules et les oreillettes augmente. Par contre, quand la pression veineuse diminue, le VTD diminue, c est le cas dans une hémorragie grave. La contractilité : C est la force de contraction des fibres musculaires cardiaques indépendamment de leur degré d étirement. Donc plus la contractilité augmente, plus le VES augmente, et inversement. Les facteurs qui augmentent la contractilité sont dits inotropes (+). Ils permettent à une plus grande quantité de calcium d être présent dans les cellules musculaires. Les facteurs inotropes (+) sont : - la stimulation des fibres nerveuses sympathiques tel le stress (émotion, exercice physique, certaines formes de peur) - les hormones comme l adrénaline et la noradrénaline - le glucagon fabriqué par le pancréas - un taux de calcium élevé dans le sang - la digitaline A l inverse les facteurs qui inhibent la contractilité cardiaque sont dits inotropes (-), à savoir : - l inhibition du SN Σ - l excitation du SN para Σ La post-charge : C est la pression aortique ou la pression pulmonaire qui doit être surmontée par les ventricules avant que l éjection du sang puisse commencer. Quand cette pression augmente, le VES diminue et inversement. 11

12 La post-charge correspond à la pression artérielle diastolique. c) Régulation de la fréquence cardiaque (FC) C est le nœud sinusal qui établit de façon spontanée la fréquence cardiaque. S il est laissé à lui-même, il établira une fréquence de 100 bat/min spontanément. Plusieurs facteurs interviennent sur le nœud sinusal pour réguler cette fréquence de base. Facteurs nerveux : La stimulation des fibres nerveuses Σ augmente la fréquence cardiaque. La stimulation des fibres nerveuses para Σ diminue la fréquence cardiaque. Si la stimulation para Σ est forte, elle peut produire l arrêt complet du cœur un cours moment, c est le cas du malaise vagal. Pour faciliter le retour du sang, il faut soulever les jambes du patient et les maintenir un certain moment en l air. Au repos, le SN Σ et le SN para Σ envoient sans cesse des influx nerveux au nœud sinusal. L influence para Σ est dominante, d où une fréquence cardiaque au repos d environ 60 à 70 bat/min. Le centre cardiovasculaire situé dans le bulbe rachidien (partie du SNC) reçoit des signaux en provenance d autres parties du SN et de différents récepteurs (ceux qui contrôlent la position des membres, ceux qui contrôlent la composition chimique du sang ) En réponse à ces signaux, le centre cardiovasculaire envoie des influx nerveux qui gagnent le cœur soit par les fibres Σ, soit par les fibres para Σ selon l effet recherché. Facteurs chimiques : Les hormones, adrénaline et noradrénaline, augmentent la fréquence cardiaque. Leur sécrétion est générée par les états de stress. Les hormones thyroïdiennes augmentent la fréquence cardiaque. Les ions : la variation de concentration en ions des liquides extra et intra cellulaire interviennent sur la fréquence cardiaque. Ex : Le manque de calcium dans le sang entraîne une diminution de la fréquence cardiaque. Les autres facteurs : L âge : chez les nouveau-nés elle est de 120 battement /min. Elle diminue avec l age. Le sexe : la fréquence cardiaque est plus rapide chez la femme que chez l homme. Femme = 72 à 80 bat/min Homme = 64 à 72 bat/min L exercice physique augmente la fréquence cardiaque au court de l effort et l exercice pratiqué régulièrement diminue la fréquence cardiaque au repos. La température corporelle : plus elle est élevée et plus la fréquence cardiaque augmente. A noter : les facteurs nerveux priment sur les autres facteurs. C / LES VAISSEAUX SANGUINS I / Introduction Les vaisseaux sanguins constituent un système clos qui permet d acheminer le sang du cœur vers les tissus et des tissus au cœur. Les artères sont les vaisseaux qui quittent le cœur pour amener le sang jusqu aux tissus. 12

13 Elles se ramifient en branches de plus en plus petites, les artérioles, qui vont donner naissance aux capillaires, c est à ce niveau que se font les échanges entre le sang et les cellules. Les capillaires vont ensuite donner naissance à des veinules qui vont fusionner et devenir de plus en plus grosses pour ramener le sang au cœur par les veines. Les vaisseaux sont des structures dynamiques qui peuvent proliférer, se contracter et se relâcher. Ils ont besoin comme les autres cellules du corps d être nourris et oxygénés, ils ont leurs propres vaisseaux appelés les vasa vasorum. II /Anatomie des vaisseaux sanguins 1) Les artères Les artères sont les vaisseaux qui quittent le cœur. a) Description de la paroi artérielle La paroi artérielle délimite un centre creux que l on appelle la lumière artérielle. La paroi est constituée de 3 couches : - la couche interne appelée intima : elle est faite d une couche de cellules endothéliales aplaties (épithélium simple squameux), une membrane basale et parfois une couche de tissu conjonctif appelée limitante élastique interne. Cet épithélium qui tapisse la lumière de tous les vaisseaux est appelé endothélium. Il est en continuité avec l endocarde. - la couche moyenne appelée la média : elle est faite de cellules musculaires lisses disposées en anneaux autour de la lumière et de fibres élastiques. - la couche externe appelée l adventice : elle est faite de tissu conjonctif qui contient essentiellement des fibres collagènes et des fibres élastiques qui renforcent et protègent les vaisseaux. Grâce à ces structures, les artères ont une propriété d élasticité et de contractilité, elles vont donc pouvoir se contracter et varier de diamètre. Le muscle vasculaire est sous le contrôle du SN Σ. Quand il y a une stimulation Σ, le muscle se contracte, on parle alors de vasoconstriction. A l inverse, si la stimulation Σ diminue le muscle se relâche, on parle alors de vasodilatation. Les cellules endothéliales peuvent aussi intervenir dans ces phénomènes par l intermédiaire de médiateurs chimiques. Les artères sont en général profondément situées pour une meilleure protection, et sont groupées avec une ou deux veines, des troncs lymphatiques et des troncs nerveux. b) Les différents types d artères Les artères élastiques : Elles correspondent aux artères de gros calibres, à savoir : l aorte et ses principales ramifications et les artères pulmonaires. Elles sont riches en fibres élastiques et contiennent peu de cellules musculaires. 13

14 Ces artères offrent peu de résistance à la circulation du sang. Leur grande élasticité permet un apport continu de sang dans les tissus. La progression du sang dans les vaisseaux est initiée par les contractions du cœur. Si les parois artérielles étaient rigides, le flux sanguin dans les capillaires serait intermittent. Pendant la systole, le volume de sang qui quitte les artères égale le tiers du VES ; les 2/3 restants élèvent la tension artérielle et distendent les parois artérielles élastiques. Quand le cœur se relâche (pendant la diastole), les parois artérielles se détendent et fournissent du sang vers les artérioles. Elles fonctionnent donc comme des pompes auxiliaires. Les artères musculaires : Elles correspondent aux artères de moyens calibres, à savoir : les artères au niveau des membres, les artères digestives, les artères intercostales. Leur particularité est d être riches en fibres musculaires et de contenir peu de fibres élastiques. Elles ont donc une grande capacité de vasoconstriction et de vasodilatation, ce qui permet une régulation du débit du sang au niveau des tissus qu elles irriguent. Les artérioles : Ce sont des artères très petites qui amènent le sang vers les capillaires. Quand elles sont proches des artères moyennes, leur structure est identique à ces dernières. Plus elles s en éloignent plus leur structure se simplifie, elles sont alors constituées d un endothélium fait d une seule couche de cellules lisses. Elles ont une capacité majeure de vasoconstriction et vasodilatation. Par ce biais elles interviennent : - sur la pression sanguine - sur la régulation du débit sanguin dans les capillaires 2) Les capillaires a) Description Ce sont des vaisseaux microscopiques qui font le lien entre les artérioles et les veinules. C est à leur niveau que se font les échanges entre les cellules et le sang : en apportant l O2 et les nutriments, en débarrassant les cellules des déchets et du CO2. Les capillaires sont formés d une seule couche de cellules épithéliales et d une membrane basale. Leur diamètre est faible (5 à 10 m) avec une paroi fine de 0,5 m d épaisseur. Leur distribution est variable, ils sont nombreux là où les tissus ont une activité intense : le foie, les muscles, les poumons, les reins, le système nerveux. Par contre, il y a moins de capillaires là où l activité est moins intense : tendons, ligaments. Il y a des structures sans capillaire : les épithéliums, les cartilages, l épiderme, la cornée, le cristallin. Les capillaires sont soit directement reliés aux veinules, soit ils se ramifient et forment de vastes réseaux appelés lits capillaires. Ces réseaux peuvent être : - fonctionnels et tous les capillaires sont ouverts - fermés et le lit capillaire est «court-circuité» Une structure musculaire appelé sphincter pré capillaire permet l ouverture ou la fermeture de l accès au lit capillaire. 14

15 Au niveau de ces muscles, il existe un système de régulation nerveuse qui est le même que celui existant au niveau des artérioles, ainsi les artérioles fonctionnent de pair avec les capillaires. b) Les échanges capillaires Il existe 4 mécanismes d échanges: - passage entre les cellules : cas des liquides et des petites molécules de soluté. - traversée des membranes endothéliales : cas des gaz comme O 2 et CO 2. - emprunt de structure de transport, les vésicules pinocytaires : mode de transport de certaines protéines. - passage par des pores au niveau de la membrane des cellules : permettent de laisser passer des ions ou des minéraux par exemple. La structure des capillaires est modifiée en fonction des besoins des tissus. Au niveau de la rate, du foie et de la moelle osseuse, les espaces entre les cellules endothéliales sont importants car ils doivent laisser passer des cellules : macrophages, globules rouges Au niveau des reins, les pores sont nombreux pour les échanges de grande quantité d ions. Rappel : les vésicules pinocytaires se forment par invagination de la membrane endothéliale qui se détache pour transporter des molécules, ensuite cette portion se réintègre à la membrane pour libérer les molécules à l extérieur de la cellule. 3) Les veines Les veinules : a) Description de la paroi Proche des capillaires, elles sont faites d un endothélium, une membrane basale, et une couche irrégulière de tissu conjonctif. Au fur et à mesure qu elles se rapprochent des veines, une couche moyenne de cellules musculaires lisses se met en place. Les veines : On retrouve les 3 couches comme au niveau des artères : - intima (cellules endothéliales) - média (fibres musculaires) - adventice (fibres de collagène) Leur paroi est plus mince que celle des artères et leur lumière est plus grande. Leur paroi contient plus de fibres de collagène, moins de fibres élastiques, et moins de cellules musculaires lisses. Elles sont donc moins élastiques et moins contractiles que les artères. Mais elles sont plus facilement extensibles, et dépressives, ce qui permet une adaptation aux variations des volumes sanguins et aux variations de pression du sang. Les veines sont, en général, plus nombreuses que les artères et sont de plus grosse dimension. En général, on retrouve deux veines satellites pour une artère. 15

16 b) Les 2 types de veines Veines profondes : Elles sont situées en profondeur et sont satellites d une artère. Au niveau des membres, elles sont situées au niveau du plan de flexion, c est à dire de la face de pliure (postérieure) Veines superficielles : Elles sont sous cutanées et permettent de faire les prélèvements sanguins. Il existe un système collecteur entre les 2 réseaux (profond et superficiel) La circulation se fait de la superficie vers la profondeur, les veines superficielles sont des voies de décharge, ce sont essentiellement les veines profondes qui assurent le retour du sang des tissus vers le cœur. On les retrouve principalement dans les membres : veines saphènes de la jambe et veine médiane du coude. c) Les valvules Description : Ce sont des systèmes anti-reflux qui facilitent le retour du sang depuis les tissus jusqu au cœur. Elles sont formées par l invagination de la couche conjonctive de l intima et font saillies dans la lumière de la veine. Elles sont surtout nombreuses dans les membres inférieurs pour s opposer à la force gravitationnelle. Les varices : Ce sont des veines dilatées et tortueuses. Elles sont dues à la perte d élasticité au niveau de la paroi veineuse, conséquence les valves ne sont plus étanches et le retour veineux se fait plus difficilement. Les facteurs favorisants l apparition des varices sont : - la station debout prolongée - l obésité - la grossesse - des facteurs héréditaires au niveau de la moins bonne qualité du tissu conjonctif - des lésions de la paroi veineuse comme la conséquence des phlébites - la mauvaise qualité du sang qui irrite la paroi veineuse Ce sont surtout les veines superficielles qui sont concernées par les varices car elles ont moins de structure de soutien autour d elles. Les varices anales sont appelées des hémorroïdes. d) Innervation des veines : Au niveau de la paroi des veines, on retrouve des fibres nerveuses Σ qui leur donnent une certaine motricité. 4) Répartition du sang : Répartition donnée pour une personne au repos : - 60% du volume sanguin se trouve au niveau des veines et des veinules systémiques. - 15% dans les artères et artérioles systémiques. 16

17 - 5% dans les capillaires systémiques - 8% dans le cœur - 12% dans les vaisseaux pulmonaires Les veines sont des réserves de sang, qui seront utilisées pour les vaisseaux qui en auront besoin (lors d exercice physique par exemple). Ce sont les veines des organes de la peau et abdominaux qui sont ces principaux réservoirs. 5) Les anastomoses vasculaires a) Définition Ce sont des systèmes de communication entre 2 vaisseaux. - entre 2 artères - entre 2 veines - entre artériole et veinule b) Anastomoses artérielles La plupart des organes ont au moins une artère pour être vascularisés. Cette artère donne naissance à des branches qui présentent de nombreuses anastomoses entre elles. Ces anastomoses sont des voies de suppléance qui permettent une vascularisation correcte en cas d obstruction artérielle. Elles sont très nombreuses au niveau des organes abdominaux et des articulations. Par contre, certaines artères ou branches artérielles ne possèdent pas d anastomose, elles sont dites terminales : cas des artères rénales, certaines du cerveau, certains vaisseaux coronaires. c) Anastomoses veineuses Elles sont très nombreuses, il est donc rare que l obstruction d une veine entraîne la mort d un tissu. d) Anastomoses artério-veineuses Ce sont celles qui permettent au sang de passer directement d une artériole à une veinule et de court-circuiter les lits capillaires. Elles se trouvent surtout au niveau des mains et des pieds et jouent un rôle dans la thermorégulation. C / PHYSIOLOGIE DE LA CIRCULATION SANGUINE I / Notions sur les grandeurs hémodynamiques fondamentales Vu au niveau de la grande circulation. 1) Notion fondamentale Le sang se déplace d une région à haute pression, l aorte, vers une région à basse pression, l oreillette droite. 17

18 2) La pression sanguine C est la pression exercée par le sang sur la paroi des vaisseaux. Elle est produite par la contraction du ventricule gauche. Au fur et à mesure, elle diminue de l aorte vers l oreillette droite, car une résistance s oppose à l écoulement du sang. Cette résistance correspond aux frottements des molécules du sang entre elles, et des frottements des molécules du sang contre les parois des vaisseaux. 3) La résistance Elle dépend de 3 facteurs : - la longueur des vaisseaux - le diamètre des vaisseaux - la viscosité du sang La longueur des vaisseaux restant invariable, elle n est donc pas un facteur de régulation de la résistance de la grande circulation. La résistance est inversement proportionnelle à la puissance 4 au rayon du vaisseau, donc si le rayon diminue de moitié la résistance est multipliée par 16. Par conséquence, de petite variation de diamètre entraîne de grande variation de résistance. Les vaisseaux de petite taille offriront le plus de résistance : capillaires, veinules et artérioles. Ce sont essentiellement les artérioles qui permettent de faire varier la résistance par le biais des muscles situés dans leurs parois, selon leur état de vasoconstriction ou de vasodilatation. Plus un liquide est visqueux, plus les frottements sont importants, et plus la résistance augmente. Chez un sujet en bonne santé, la composition du sang est relativement constante, donc elle ne sera pas un facteur habituel de régulation de la résistance. Dans des cas pathologiques tel que la déshydratation, l augmentation de globules rouges augmente la viscosité. A l inverse, les personnes manquant de protéines et de globules rouges, auront une résistance moindre. 4) Le débit sanguin C est le volume de sang qui s écoule dans un vaisseau, dans un organe ou dans le système vasculaire systémique ou pulmonaire en un temps donné. Il est exprimé en ml/min ou en l/min. A l échelle de la circulation systémique, le débit sanguin = le débit cardiaque. Débit Sanguin = Différence de pression sanguine Résistance des vaisseaux Au repos, il est constant. Par contre, selon les besoins d un organe, il peut varier dans des proportions importantes. L influence de la résistance sur le débit sanguin est beaucoup plus importante que celle de la différence de pression. 18

19 II / La pression artérielle 1) Facteurs déterminant la pression artérielle La pression artérielle moyenne de l aorte est de 93 mm Hg. Elle n est plus que de 0 mm Hg dans l oreillette droite, car elle diminue au fur et à mesure du trajet dans le corps. Dans les grosses artères, la pression moyenne est aussi de 93 mm Hg. La baisse de pression artérielle s effectue surtout au niveau des artérioles, ainsi au niveau des capillaires la pression n est plus que de 35 mm Hg. A la sortie des capillaires, elle est de 16 mm Hg. Les facteurs intervenant dans la régulation de la pression artérielle sont : - le débit cardiaque et par son biais le volume sanguin total - la résistance opposée par tous les vaisseaux systémiques - la viscosité sanguine - l élasticité des artères 2) Mesure de la pression artérielle Elle se mesure avec un tensiomètre au niveau de l artère brachiale. C est un système de brassard qui se gonfle jusqu à ce que la paroi de l artère soit comprimée. Le 1 er chiffre correspond à la pression artérielle dite systolique (PAS) : elle correspond à la pression exercée par le sang sur les parois de l artère durant la contraction ventriculaire (au niveau du ventricule gauche) Le 2 ème chiffre correspond à la pression artérielle dite diastolique (PAD) : c est la pression exercée par le sang sur les parois de l artère pendant la relaxation ventriculaire. Chez un jeune adulte au repos, la PAS = 120 mm Hg et la PAD = 80 mm Hg (dit 12/8) Chez la femme, les pressions sont inférieures d environ 10 mm Hg. Chez les personnes qui font du sport régulièrement, au repos leurs pressions artérielles sont plus basses. La PAS indique la force de contraction du ventricule gauche. C est aussi un reflet du degré de rigidité de la paroi artérielle des gros vaisseaux. La PAD renseigne sur la résistance des vaisseaux sanguins, donc en général sur l état des artérioles. Remarque : la pression artérielle ne tombe jamais à 0 car les artères contiennent toujours du sang. 3) Le pouls Quand le cœur se contracte, l arrivée brutale du sang distend brusquement la paroi de l aorte. Cette distension se propage sous forme d onde dans toutes les parois artérielles, cette onde de pression correspond au pouls artériel. Le pouls se prend en prenant une artère palpable à la surface du corps : exemple au niveau de l artère radiale (au niveau du poignet) ou des carotides (base du cou). Il correspond à la fréquence cardiaque. On parle de tachycardie quand la fréquence cardiaque est > à 100 / minute. On parle de bradycardie quand la fréquence cardiaque est < à 60 / minute. 19

20 A noter : en principe la fréquence cardiaque doit se prendre au niveau du cœur avec le stéthoscope. III / Circulation sanguine dans les capillaires et échanges capillaires 1) Circulation sanguine dans les capillaires La pression sanguine à l entrée des capillaires est de 35 mm Hg et à la sortie elle est de 16 mm Hg. Cette chute des pressions est due à la résistance qu exercent les capillaires par leur activité. La quantité de sang qui circule dans les capillaires dépend de l activité des tissus qu ils irriguent. Par exemple, quand les tissus musculaires squelettiques sont en exercice, leurs besoins augmentent et la circulation dans les capillaires augmente, et inversement. Cette circulation dépend de l état de contraction ou de relâchement des artérioles. 2) Echanges capillaires Il existe 3 facteurs qui vont favoriser les échanges : - La lenteur de la circulation sanguine dans les capillaires : La vitesse du sang est inversement proportionnelle à la surface de section transversale des vaisseaux, c est à dire que le sang circule plus lentement là où la surface de section est la plus grande (comme un fleuve qui coule plus lentement à mesure qu il s élargit). La surface de section de l aorte est beaucoup plus petite que celle de tous les capillaires réunis qui est elle-même plus grande que celle des veines, ainsi le sang traverse plus lentement dans les capillaires. Cette lenteur de circulation augmente le temps des échanges. - La très grande surface d échange fourni par le nombre très élevé de capillaires : Cette surface d échange est estimée à 6000 m 2. - La différence de pression qui existe de part et d autre des capillaires. IV / Circulation sanguine dans les veines Elle est assurée par une différence de pression qui est de 16 mm Hg, ce qui correspond à la pression du sang à la sortie des capillaires. Les veines ont un diamètre élevé donc elle s oppose peu à la circulation du sang. Il existe 3 facteurs qui agissent sur la circulation veineuse : 1) Le facteur cardiaque Toute altération du fonctionnement cardiaque a des répercussions sur le retour veineux. Tout facteur agissant sur la pression dans l oreillette droite modifie le gradient de pression et donc le retour veineux. Donc, tout facteur qui augmente la pression dans l oreillette droite s oppose au retour veineux, c est ce qui se passe lors d une fuite de la valve tricuspide. 20

21 2) Le facteur ventilatoire A l inspiration, le diaphragme s abaisse d où diminution de la pression thoracique et augmentation de la pression abdominale. Ces variations de pression sont transmises aux veines abdominales et thoraciques ainsi qu au cœur. Il en résulte une augmentation du gradient de pression entre les veines et le cœur. Le retour veineux est donc augmenté au cours de l inspiration et encore plus au cours d une inspiration forcée. A l expiration les phénomènes sont inversés. 3) La contraction musculaire Les muscles des membres, en se contractant, compriment partiellement les veines, d où augmentation de la pression veineuse et donc du retour veineux. En conclusion : il faut considérer que l inspiration et la contraction musculaire des membres sont comme des pompes qui favorisent le retour veineux. D / REGULATION DE LA PRESSION ARTERIELLE Tous les mécanismes de régulation vont intervenir sur tous les facteurs vus précédemment. I / Les mécanismes nerveux 1) Le centre cardiovasculaire Le centre cardiovasculaire est un groupe de cellules nerveuses situées dans le bulbe rachidien. Elles reçoivent des informations venant soit d autres parties du cerveau, soit de certains récepteurs sensoriels. Parmi les récepteurs sensoriels, on distingue : - les barorécepteurs qui réagissent aux variations de la pression sanguine. - les chimiorécepteurs qui réagissent à l acidité du sang et à la teneur en O2 et en CO2 du sang. Le centre cardiovasculaire envoie des influx nerveux Σ et para Σ au cœur et aux vaisseaux. Des influx nerveux Σ sont également envoyés en continu aux vaisseaux, ce qui leur permet de maintenir un état de contraction modéré de base. En cas de stimulation Σ, il y a vasoconstriction donc augmentation de la pression artérielle. En cas de diminution de l activité Σ, il y a vasodilatation donc baisse de la pression artérielle. La stimulation Σ entraîne une vasoconstriction de presque toutes les artérioles sauf celles des muscles squelettiques et du cœur qui se dilatent. Exemple : Quand la température corporelle augmente, le centre thermorégulateur situé dans une autre partie du cerveau envoie des influx nerveux au centre cardiovasculaire ; ce dernier répond en envoyant des influx nerveux qui provoquent la dilatation des vaisseaux de la peau ce qui va permettre d éliminer de la chaleur. 21

22 2) Les barorécepteurs Ces récepteurs se trouvent principalement dans la crosse de l aorte et au niveau des artères carotides (cou). Ce sont des terminaisons nerveuses sensibles aux variations de pression sanguine. Quand la pression artérielle est normale, ils envoient des influx nerveux en permanence au centre cardiovasculaire. Quand la pression artérielle augmente, ils envoient plus d influx nerveux au centre cardiovasculaire et ce dernier répond en envoyant plus d influx nerveux para Σ au cœur et moins d influx Σ au cœur et aux vaisseaux. Il en résulte une baisse du débit cardiaque, une vasodilatation et une baisse de la pression artérielle. C est ce qui arrive quand on passe de la position couchée à la position debout. Quand la pression artérielle baisse, les phénomènes s inversent. La principale fonction de ces barorécepteurs est d agir sur les variations transitoires de la pression artérielle. En cas d hypertension au long cours, ils ne sont pas efficaces. 3) Les chimiorécepteurs Ce sont des terminaisons nerveuses associées aux cellules épithéliales qui se trouvent près des barorécepteurs donc près de la crosse de l aorte et des carotides. Ils sont sensibles aux variations de la composition du sang en O2 et en CO2. Donc selon la teneur en O2, en CO2 et au ph du sang, ces récepteurs envoient plus ou moins d influx nerveux au centre cardiovasculaire. Celui-ci répond par stimulation Σ ou para Σ selon les effets recherchés. II / Les mécanismes hormonaux 1) Introduction Les hormones agissent soit sur le centre cardiovasculaire, soit sur les muscles lisses de la paroi des vaisseaux (artérioles), soit sur les reins. 2) Hormones de la médullosurrénale Il s agit de l adrénaline et de la noradrénaline. Elles augmentent le débit cardiaque et entraînent une vasoconstriction, sauf au niveau des muscles squelettiques et ceux du cœur. 3) Hormone antidiurétique (HAD) Elle s oppose à la diurèse en diminuant au niveau des reins l élimination de l eau. Donc il y a une diminution du volume d élimination au niveau des reins d où une augmentation du volume sanguin total et augmentation de la pression artérielle. 4) Facteur natriurétique auriculaire C est un facteur qui favorise l élimination de l eau et du sodium au niveau des reins, donc entraîne la baisse de la pression artérielle. 22