L appareil cardiovasculaire : Le cœur et la circulation sanguine L étude de la circulation sanguine comprend deux aspects majeurs : le sang qui est le tissu fluide qui circule, et l appareil cardiovasculaire, qui est le système de conduits (vaisseaux sanguins) munis d une pompe (cœur) à travers lequel le sang circule. I Le sang. I 1 - Composition et fonctions. Le sang est un tissu fluide. Si on le centrifuge, on peut observer deux phases. - Une phase solide où se trouvent les cellules sanguines qui représente environ 45% du volume total du sang. - Une phase liquide, le plasma sanguin qui représente 55%. Si on retire les protéines présentes dans le plasma, on obtient le sérum. La quantité de sang circulant dans cet appareil est d environ 5 litres. Le sang a aussi différents rôles à l intérieur de notre organisme. - Fonctions de transport : il assure l approvisonnement des tissus et des cellules en substances nutritives et reprend les déchets du métabolisme cellulaire pour le transporter vers les organes d excrétion (reins et poumons). De plus, il transporte aussi les hormones. - Rôle dans l homéostasie (maintien des constantes de l organisme) et de la thermorégulation. - Rôle d autoprotection : le sang est capable de limiter sa propre sortie du réseau vasculaire lors d une blessure (coagulation) et de dissoudre les caillots sanguins (fibrinolyse). - Enfin le sang présente des fonctions dans la défense de l organisme : une partie des cellules sanguines sont des cellules de défense. Elles luttent contre les molécules et des cellules étrangères à l organisme. I 2 Le plasma C est un liquide clair de couleur jaunâtre composé d environ 90% d eau, 8% de protéines (albumines et globulines) et de 2% de petites molécules (ions, glucose, vitamines, hormones, enzymes ).
Les protéines du plasma sont un mélange d une centaine de protéines différentes dissoutes dans le plasma. Grâce à une électrophorèse (différentes vitesses de migrations des protéines à travers un champ électrique permettant de les séparer), ces protéines peuvent être séparé en cinq groupes. On trouve de l albumine (40g par litre), de α1-globuline, α 2-globuline, β-globuline et γ globuline. Ces différentes protéines remplissent certaines fonctions : - Maintien de la pression osmotique : c est surtout l albumine qui rempli cette fonction. Si le taux d albumine chute (sous-alimentation), la pression osmotique chute, entrainant une rétention d eau dans les tissus (eau va de l interstitiel aux capillaires), ce qui forme des œdèmes. - Certaines ont des fonctions de transport. En effet, certaines hormones ont besoin de lier à ces protéines pour circuler dans le réseau. - D autres ont un rôle de défense comme les globulines (anticorps). - Certaines participent à la coagulation sanguine. - Enfin, certaines permettent de capter les H+ et ainsi contribuer au maintien d une valeur de ph constant. I 3 Les cellules sanguines. I 3 1 L hématopoïèse. Toutes les cellules sanguines sont fabriquées dans la moelle osseuse par le processus de l hématopoïèse. En fait, des cellules souches indifférenciées totipotentes peuvent former des cellules filles et des cellules-précurseurs. Ces dernières vont ainsi donner naissance à toutes les cellules sanguines. I 3 2 Les hématies. Les hématies (globules rouges ou érythrocytes) sont les cellules sanguines responsables du transport de l oxygène. Il y en a environ 4 500 000/mm 3 de sang chez un adulte. Leur formation nécessite de la vitamine B12 et de l acide folique, et est contrôlé par une hormone sécrétée par les reins, l érythropoïétine. Ces cellules ne présentent pas de noyau. Elles ont une forme de disque avec une dépression au centre. Elles font 7,5µm de diamètre. Le cytoplasme des hématies est très pauvre en organite. Leur durée de vie est de 120 jours. Cependant, pour pouvoir assurer leur fonction de transport de l oxygène, les hématies ont un métabolisme qui permet la synthèse d une hétéroprotéine particulière qui est l hémoglobine. L hémoglobine est une molécule protéique qui est formée de quatre chaines polypeptidiques, qui possèdent chacune un composant pigmentaire contenant du fer, l hème. C est le fer de cet hème qui peut fixer l oxygène dans les poumons et de le libérer facilement dans les tissus. Les hématies présentent au niveau des molécules particulières au niveau de leur surface responsable des groupes sanguins. Leurs reconnaissances est possible en utilisant des anticorps. On
observe le groupe A, B, AB et O (O voulant dire zéro, comme aucunes molécules. Il y a aussi une aussi molécule qui permet de déterminer le rhésus (rhésus positif et rhésus négatif pour l absence de cette molécule). I 3 3 Les leucocytes. Ce sont les globules blancs. Il y a environ 5 000 à 10 000/mm 3 de sang. Seulement 10% des leucocytes présents dans l organisme circulent dans le sang. Le système vasculaire présente un moyen de transport afin qu ils puissent se déplacer du lieu de leur formation vers les zones d action dans les tissus, où ils remplissent leurs missions de défense de l organisme. Les 90% restant sont dans la moelle osseuse et les tissus. On en observe différentes catégories. - Les granulocytes (ou polynucléaires): Leur taille est d environ 10-17µm. Ils sont appelés ainsi car ils présentent dans leur cytoplasme de nombreuses granulations visibles au microscope avec les techniques de coloration. Ces granulations sont des lysosomes qui contiennent des enzymes. Selon le type d enzymes qui contiennent, les colorations obtenues sont différentes, permettant de les classifier. Les granulocytes neutrophiles restent environ 8 heures dans le sang après leur formation dans la moelle osseuse. Ils migrent vers les tissus et les muqueuses, où ils vont phagocyter les bactéries, et les détruisent grâce à leurs enzymes. Les granulocytes éosinophiles (couleur rouge à cause de l éosine) peuvent également phagocyter et jouent un rôle de défense dans les infections parasitaires et dans les réactions allergiques. Les granulocytes basophiles (granulations colorées en bleu) déclenchent les réactions allergiques et inflammatoires. Ils libèrent de l histamine qui est une molécule ayant des effets tissulaires multiples et parfois violents (dilatation des vaisseaux sanguins, contraction des bronches ). - Les monocytes : ils ont un diamètre de 12 à 20µm. Ce sont les plus grosses cellules du sang. Ils présentent un gros noyau. Ils restent environ 2 jours dans le sang, puis ils migrent dans les différents organes où ils se transforment en macrophages. Ces macrophages vont alors phagocyter les microorganismes. - Les lymphocytes : Ils représentent le tiers des globules blancs. Leurs diamètres est de 7 à 12 µm. Ils sont formés dans la moelle osseuse (10%), les ganglions lymphatiques et dans le thymus (70%). Seulement 4% se trouvent dans le sang. Suivant le lieu de leur maturation, on différencie les lymphocytes T (dans le thymus) et les lymphocytes B (dans la moelle osseuse). Ils participent à la défense spécifique. Les lymphocytes B peuvent se différencier en plasmocytes responsables de la production d anticorps.
I 3 4 Les thrombocytes. Aussi appelé plaquettes, les thrombocytes sont fabriqués dans la moelle osseuse et sont détruits en général deux semaines plus tard, dans la rate et le foie. Ils sont anucléés, et mesurent environ 2µm. Il y en a 200000 à 300000/mm 3 de sang. La principale fonction des plaquettes est d empêcher la sortie du sang lors d un éventuel traumatisme des vaisseaux. Ce phénomène s appelle l hémostase. En fait, les plaquettes se fixent sur les fibres du tissu conjonctif au niveau de la plaie pour former le clou plaquettaire. Ensuite, elles sont capables de déclencher des réactions chimiques qui aboutissent à la transformation de la phase liquide du sang en phase solide, grâce à la transformation d une protéine soluble, le fibrinogène, en un dérivé insoluble, la fibrine. C est grâce à cette fibrine que la coagulation va pouvoir se faire, et que la brèche sera colmatée. II Le système circulatoire. II 1 Le cœur. II 1 1 - L anatomie du cœur. Le cœur est un organe musculaire creux. Il est le moteur du système circulatoire. En fait, il s agit de deux pompes, le cœur gauche et le cœur droit, séparées par une paroi, le septum. Le cœur reçoit le sang par les veines et l expulse lors de sa contraction par les artères. Chaque partie du cœur est formée de deux cavités, l oreillette (partie supérieure) qui reçoit le sang et d un ventricule (partie inférieur) qui expulse le sang. Ces deux cavités communiquent entre elles par un orifice (atrio-ventriculaire). Chaque orifice est pourvu d une valve qui permet le passage du sang dans un seul sens. La valve séparant l oreillette gauche et le ventricule gauche est formée de deux feuillets (cuspides). C est la valve mitrale ou bicuspide. La valve atrio-ventriculaire droite est formée de trois feuillets. C est la valve tricuspide. Les ventricules communiquent avec les artères par d autres orifices, qui sont également pourvus de valves (pulmonaire et aortique). Le ventricule droit communique avec l artère pulmonaire, alors que le ventricule gauche communique avec l aorte. II 1 2 Les structures tissulaires du cœur. Le cœur est formé de trois couches tissulaires successives que sont l endocarde, le myocarde et le péricarde. - L endocarde est la couche la plus interne, et recouvre ses cavités. Il forme aussi le tissu des valves cardiaques.
- Le myocarde est la couche musculaire du cœur. Il est constitué de cellules musculaires striées particulières. La principale caractéristique structurelle de ce tissu est l association des fibres musculaires avec de très nombreuses jonctions entre elles. Cela permet une propagation de la contraction du myocarde très rapide. Un anneau cartilagineux sépare le muscle des oreillettes (plus mince) et celui des ventricules (plus épais) empêchant la transmission de la contraction. De plus, le myocarde est plus épais au niveau du ventricule gauche par rapport au ventricule droit. Cela s explique par le fait que le sang expulsé par le ventricule gauche va dans tout le corps, alors que le ventricule droit expulse le sang uniquement vers les poumons. Dans la structure du myocarde, il existe une population de cellules qui à la particularité de pouvoir se dépolariser spontanément, formant le système cardionecteur. Ce système permet au cœur de générer sa propre contraction. C est l automatisme cardiaque. Ce système cardionecteur est regroupé dans des structures réparties dans des endroits stratégiques pour la circulation de l onde de dépolarisation : nœud sinusal (oreillette droite), le nœud atrio-ventriculaire, le faisceau de His (le long du septum) et le réseau de Purkinje (dans la masse du myocarde ventriculaire). - Le péricarde est la couche la plus superficielle du cœur, qui le sépare des autres organes. C est un double feuillet de tissu conjonctif revêtu de cellules épithéliales. Entre le deux feuillets se trouve un liquide chargé de lubrifier et de permettre leur mobilité, l un par rapport à l autre. Cette structure est mise en place en raison du déplacement du cœur lors des contractions. Ce péricarde est recouvert de nombreux vaisseaux sanguins que sont les artères coronaires, qui alimentent le cœur en nutriments et en oxygène. II 1 3 La révolution cardiaque. La contraction du myocarde est initiée par la dépolarisation des cellules au niveau du nœud sinusal. Les oreillettes se contractent. Cette contraction s arrête au niveau de l anneau cartilagineux. Le seul lieu de passage est le nœud atrio-ventriculaire. La dépolarisation passe alors par le faisceau de His puis le réseau de Purkinje. Cela entraine alors la contraction des ventricules. La contraction du muscle cardiaque est appelée systole. La période ou le myocarde est relâché (entre deux systoles) s appelle diastole. La succession d une systole et d une diastole constitue une révolution cardiaque.
II 1 4 La circulation du sang dans le cœur. Le sang arrive au cœur dans les oreillettes, par les veines. Pendant la diastole, le sang s écoule des veines aux oreillettes et à travers les orifices atrio-ventriculaires, dans les ventricules. Au moment de la systole ventriculaire, le sang qui s est accumulé dans les oreillettes passent des les ventricules. Les ventricules vont ensuite se contracter. Cette contraction va faire augmenter la pression dans les ventricules. La pression dans les ventricules va donc être supérieure à celle des oreillettes. Or, les valves atrio-ventriculaires empêchent le retour du sang dans les oreillettes. La contraction des ventricules se poursuit. Cela entraine une augmentation de la pression. Quand la pression à l intérieur des ventricules est supérieure à celle des artères, les valves artérielles et pulmonaires vont s ouvrir, permettant l éjection du sang. La pression dans les ventricules baisse, la systole ventriculaire se termine et une nouvelle diastole générale se met en place puis le cycle reprend. Remarque : Le cœur bat environ 70 battements par minutes. Le cœur à une capacité de 80ml. Ainsi, 5,6 litres de sang passe à travers le cœur en 1 minute. II 2 - Les vaisseaux sanguins. II 2 1 La circulation générale et circulation pulmonaire. La circulation chez l homme est composée de deux parties principales : - La circulation générale : Le ventricule gauche éjecte le sang dans l Aorte. Cette dernière se divise en de grosses artères ; elles emmènent le sang oxygéné, rouge vif, du cœur vres les différentes régions du corps. Pour cela, ces artères se ramifient en branches plus petites, les artérioles. Elles se terminent par de fins vaisseaux fins, les capillaires, où l oxygène, les nutriments et les produits de la dégradation du métabolisme sont échangés entre les tissus et le sang. Ensuite, sang devient rouge sombre, car il est appauvri en oxygène. Ce dernier est ramené au cœur par des veinules, qui se réunissent pour former des veines plus grosses. Ce sont les veines caves supérieure et inférieure qui conduisent le sang à l oreillette droite. - La circulation pulmonaire : Le ventricule droit éjecte le sang dans l artère pulmonaire. Ce sang se retrouve ensuite dans un réseau de capillaires pulmonaires, où le sang rejette le dioxyde de carbone et se charge en oxygène. Les veines pulmonaires ramènent ensuite le sang dans l oreillette droite.
II 2 2 Les artères et artérioles. II 2 2 1 Structures et fonctions. Les artères possèdent une paroi constituée de trois couches qui délimite une cavité, la lumière vasculaire. On trouve : - tout d abord un endothélium vasculaire qui est en contact avec la lumière du vaisseau (épithélium pavimenteux). Il permet les échanges entre le sang et la paroi vasculaire. - Ensuite, on observe une membrane élastique formées de fibres de tissus conjonctifs qui constituent avec l endothélium, l intima (tunique interne). - Au niveau de la couche moyenne, la plus résistante, se trouvent des cellules musculaires lisses et de fibres élastiques. Cette couche est appelée la média (tunique moyenne). - Enfin, la couche la plus externe de la paroi est l adventice (tunique externe). Elle est constituée de tissu conjonctif et de fibres élastiques. Cette couche présente dans les plus grosses artères des nerfs. Dans les artères proches du cœur, ce sont les fibres élastiques qui prédominent. En effet, lorsque le sang est éjecté brutalement par le cœur, la paroi vasculaire de l aorte se distend légèrement. Ensuite, pendant que le myocarde se relâche lors de la diastole, la paroi vasculaire se contracte et pousse ainsi le sang le plus loin. Ainsi, les artères élastiques proches du cœur assurent un flux sanguin régulier. Par contre, dans les artères périphériques, les cellules musculaires lisses prédominent au niveau de la média. En fait, la contraction (vasoconstriction) ou la relaxation (vasodilatation) de ces cellules permet de modifier la taille de la lumière des vaisseaux, et ainsi agit sur la circulation sanguine. C est le système nerveux qui commande cet état. II 2 2 2 Modifications liées au vieillissement et Artériosclérose. A partir de 30 ans, la structure des parois vasculaires se modifient. Elasticité des grosses artères diminue, ce qui entraine une augmentation de la résistance et donc une augmentation de la pression artérielle. Le danger numéro un pour les vaisseaux sains, qui constituent une des principales causes de décès dans les pays industrialisés est l artériosclérose. En fait, suite à une lésion de l endothélium, et une pénétration de cellules sanguines et de lipides, la paroi vasculaire devient inflammatoire. Les cellules musculaires et conjonctives se multiplient, et aboutit à une plaque d artériosclérose. Les parois de l artère s épaississent et se durcissent. Cela fait perdre de l élasticité au niveau des vaisseaux et la lumière se réduit. Des caillots se forment au niveau des plaques, dont les conséquences sont des troubles de l écoulement sanguins, et l apparition de maladies (AVC, infarctus du myocarde).
II 2 3 Les capillaires. II 2 3 1 Structure et fonctions. Ce sont des vaisseaux microscopiques qui relient les artères et les veines. Ils forment un réseau très ramifié qui s étend dans l ensemble de l organisme. Les tissus avec des besoins importants en oxygène possèdent de nombreux capillaires (ex : les musles) alors que d autres en présentent peu, voir pas du tout (ex : cristallin). La paroi des capillaires est fine et poreuse. En effet, elle est constituée uniquement de l endothélium qui présente des pores, permettant à l organisme les échanges entre les vaisseaux et les tissus. Cette membrane est dite semi-perméable car les cellules sanguines ne peuvent pas passer à travers les pores, alors que toutes les autres substances le peuvent (protéines, glucides, lipides, oxygène ) Au niveau du versant artériel du capillaire, le sang exerce une pression hydrostatique (30mmHg) qui «pousse» l eau et les petites molécules vers les tissus. Dans le même sens, la pression osmotique colloïdale du tissu (5mmHg) attire l eau et les petites molécules en dehors du vaisseau. La pression hydrostatique dans l interstisium est a peu près nulle et peut donc être négligée. Cependant, la présence de protéines (albumine surtout) qui ne peuvent pas passer à travers les pores des vaisseaux, permettent de retenir l eau dans les vaisseaux. Il existe ainsi une pression de filtration efficace au niveau du versant artériel du capillaire (30mmHg + 5mmHg 25mmHg = 10 mmhg). Du liquide est donc filtré dans les tissus (20L par jour). Sur le versant veineux, la pression hydrostatique baisse à 10mmHG, a l intérieur du capillaire. Les forces dirigées vers l intérieur prédominent, du liquide et des petites molécules sont réabsorbées. Ainsi 90% du volume précédent filtré, soit 18L retourne dans le système veineux. II 2 3 2 Formation de la lymphe. Les 2L restants, filtrés mais non réabsorbés, sont collectés sous la forme de lymphe dans un autre système vasculaires, les vaisseaux lymphatiques. Ces derniers ramènent le liquide interstitiel dans la circulation sanguine tout en épurant des substances étrangères et des germes infectieux. II 2 3 3 L œdème. Si l équilibre entre la filtration et la réabsorption est déplacé, une plus grande quantité de liquide reste dans les tissus. La conséquence d une rétention d eau dans l interstisium est l œdème. La cause la plus fréquente est une pression hydrostatique augmentée dû par des insuffisances cardiaques ou des thromboses veineuses.
En cas d une carence en protéines, la pression osmotique colloïdale peut diminuer dans les capillaires, entrainant aussi des oedèmes. II 2 4 Veinules et veines. II 2 4 1 Structure et fonctions. Une pression plus faible que dans les artères règne dans les veines. La structure est différente par rapport aux artères. La couche externe est plus épaisse, la musculature est moins importante et la couche interne forme des petites valvules dans les petites et moyennes veines. Deux ou trois replis d endothélium forment ensemble une sorte de valve anti-retour qui laisse passer le sang en direction du cœur. Si le sang s écoule par contre dans la direction inverse, les valvules se déplient et empêchent le reflux du sang. La musculature squelettique qui entoure la veine va aider ce système. Si la musculature squelettique se contracte, elle comprime la veine et pousse le sang vers le cœur. Le retour du sang vers le cœur est en grande partie assurer par cette pompe musculaire. II 2 4 2 Altérations observées. Le système valvulaire veineux fonctionne grâce à un tonus suffisant de la paroi veineuse. Si cet état de tension diminue, les bords des valvules s écartent et elles ne se ferment plus de manière efficace. Le reflux entraine une distension de la paroi de la veine, entrainant l apparition de varices. Si un caillot sanguin se forme à l intérieur d une veine et obstrue le vaisseau, une thrombose veineuse apparait. Les patients présentant cette complication sont atteints par des douleurs et certains se retrouvent immobilisés. Cela peut également entrainer la formation d œdème. Une intervention chirurgicale est nécessaire pour enlever le caillot. III La pression artérielle : Mesure et contrôle. La pression hydrostatique dans le système artériel aortique est désigné sous le nom de tension artérielle. III 1 Facteurs de variations. La pression dans le système artériel est déterminée par trois facteurs principaux. - Le débit cardiaque : la pression dépend de la quantité de sang mobilisée par la systole ventriculaire par unité de temps. C'est-à-dire que le débit dépend de la fréquence cardiaque, de la contractilité du myocarde, de la capacité des cavités cardiaques et enfin du retour veineux. - La résistance périphérique : c est la force opposée par le système vasculaire à l éjection du sang. Elle dépend du rayon du vaisseau et de la viscosité du sang. En effet, le
rétrécissement d une artère, tout comme une augmentation de la viscosité du sang entraine une augmentation de pression artérielle. - Le volume sanguin : la capacité du système en vaisseaux reste inchangée. Si le volume de sang augmente (ex : rétention de sels qui entrainent une rétention d eau), la pression augmente. III 2 Régulation de la pression artérielle. Cette régulation se fait par deux mécanismes : - Mécanisme nerveux : Le système nerveux végétatif sympathique peut augmenter la fréquence cardiaque et provoquer une contraction des muscles lisses. Cela entraîne une augmentation de la pression. (utile lors la fuite augmentation de pression = importante quantité de sang au niveau des muscles). Le système parasympathique à un effet inverse. Il ralenti le rythme cardiaque et provoque le relâchement des vaisseaux, en inhibant le système nerveux sympathique. La pression diminue. - Mécanisme rénal : Le rein est un organe clé de la régulation de cette tension artérielle. Tout d abord, le rein gère le volume sanguin. C'est-à-dire que s il y a une augmentation de la pression artérielle, le rein va filtrer de façon plus importante le sang. Cela va entrainer une élimination de liquide, permettant de diminuer la pression. Le rein sécrète aussi une hormone qui est la rénine. Cette hormone est sécrétée si la pression artérielle diminue. Lorsqu elle est sécrétée, elle permet de former, grâce à une cascade de réactions enzymatiques, de l angiotensine II. Cette molécule a pour effet une vasoconstriction artérielle, une augmentation de la fréquence cardiaque et favorise la rétention d eau et de sels au niveau des reins tout cela conduit à une augmentation de la pression artérielle. III 3 Mesures de la pression artérielle. L examinateur pose son stéthoscope au niveau du pli du coude (zone ou passe l artère brachiale) et gonfle le brassard, posé juste au dessus, pour ne plus entendre un seul bruit (pouls). Ensuite la pression est relâchée. On entend alors rapidement le bruit du flux sanguin synchrone avec le pouls. Le premier bruit indique la pression systolique. A un niveau de pression plus bas, les bruits deviennent moins audibles. Ce seuil indique le niveau de pression diastolique. La pression artérielle est mesurée en mmhg. Le résultat obtenu est de 120/80mmHg qui correspond à la pression systolique et la pression diastolique. (On dit souvent : «j ai une tension de 12/8).