Pour que le sang arrive jusqu'aux plus petits vaisseaux et irrigue ainsi tous les tissus, il doit sortir du coeur et arriver dans les grosses artères systémiques à forte pression. L'appareil cardiovasculaire est donc pourvu d'une pompe très efficace : le cœur. C'est un organe d'environ 300 g, situé entre les deux poumons, au-dessus du diaphragme et protégé par le thorax. Il est irrigué par des vaisseaux spécifiques, les vaisseaux coronaires (car ils forment une couronne autour du cœur). Le cœur est composé de trois tissus superposés :
  • le péricarde, une enveloppe fibreuse qui permet la fixation du cœur dans la cage thoracique ;
  • le myocarde, ou muscle cardiaque ;
  • l'endocarde, une couche de cellules qui tapissent les parois internes du cœur et les valvules qui séparent les différents compartiments cardiaques.
1. Quelle est la morphologie du cœur ?
• Le cœur est un organe de forme pyramidale, avec la pointe ou apex vers le bas. Il est constituée de deux parties imposantes, les ventricules, surmontées de deux petits « sacs aplatis » : les oreillettes. Des vaisseaux sanguins sont branchés sur ces quatre compartiments.
• Chez les mammifères, le cœur est séparé en deux parties indépendantes :
  • le cœur droit [oreillette droite (3) + un petit ventricule droit (7)], qui reçoit le sang non hématosé des veines caves inférieure (4) et supérieure (2) et l'envoie dans la circulation pulmonaire par les artères pulmonaires (1-9) ;
  • le cœur gauche [oreillette gauche (11) + un gros ventricule gauche (14)], qui reçoit le sang hématosé des veines pulmonaires (10) et l'envoie dans la circulation générale par l'artère aorte (8-16).
Fonctionnement du coeur - illustration 1
• Le sang circule toujours des veines vers les oreillettes, puis des oreillettes vers les ventricules, et enfin des ventricules vers les artères. Pour empêcher un reflux qui pourrait perturber l'ensemble de la circulation sanguine, des valvules cloisonnent les compartiments cardiaques :
  • la valvule tricuspide (5) se trouve entre l'oreillette et le ventricule droit ;
  • la valvule mitrale ou bicuspide (13) se trouve entre l'oreillette et le ventricule gauche ;
  • les valvules sigmoïdes (12) se trouvent entre les ventricules et les artères.
  • Les valvules sont maintenues par des piliers tendineux (6) qui les empêchent de se retourner en doigt de gant sous la pression sanguine ventriculaire.
Exercice n°1
2. Quels sont les phénomènes mécaniques et les étapes de la révolution cardiaque ?
• La circulation du sang dans le cœur et les vaisseaux est assurée par un ensemble de contractions (systoles) et de relâchements (diastoles) successifs des différents compartiments du myocarde. On appelle révolution cardiaque l'ensemble des mécanismes qui permettent au sang de faire le tour complet de la circulation.
Il existe différentes méthodes pour explorer le mécanisme de la révolution cardiaque :
• Externes : on peut évaluer la fréquence, l'automatisme et donc la durée d'une révolution cardiaque à l'aide de méthodes très simples et non invasives :
  • la palpation au niveau des 4e et 5e espaces intercostaux, qui permet d'évaluer les mouvements du cœur qui frappe contre la cage thoracique ;
  • la prise du pouls, qui permet de sentir l'onde de propagation du sang dans les artères ;
  • l'auscultation grâce à un stéthoscope, qui permet d'entendre les bruits du cœur dus à la fermeture des valvules tricuspide et mitrale (« TOUM ») et sigmoïdes (« TA ») ;
  • l'électrocardiogramme (ECG), qui mesure l'activité électrique du cœur (voir plus loin).
• Interne : on peut réaliser un cardiogramme pour étudier la révolution cardiaque. Pour cela, on introduit une petite canule appelée cathéter dans les cavités cardiaques, afin de mesurer les variations de pression dans les différents compartiments (ventricule, oreillette, artère). Une volumétrie du ventricule gauche permet de compléter l'analyse.
Fonctionnement du coeur - illustration 2
  • a-b : Pa > Pv, les valvules sigmoïdes sont fermées. Po > Pv, le ventricule se remplit de sang, une contraction de l'oreillette (systole auriculaire) termine le remplissage. En b, le volume ventriculaire est maximal, Pv devient > à Po, les valvules auriculo-ventriculaires (VAV) se referment ce qui provoque le premier bruit (TOUM).
  • b-c : le ventricule est isolé du reste du cœur car toutes les valvules sont fermées, il va alors se contracter de façon isovolumétrique (le sang est incompressible), la Pv augmente brusquement. C'est la systole ventriculaire. Une fois rempli, le ventricule contient environ 205 mL, c'est le volume télédiastolique.
  • c-d : Pv devient > à Pa et provoque l'ouverture des valvules sigmoïdes, le sang est expulsé dans l'artère. Le ventricule gauche expulse environ 70 mL de sang dans l'aorte au repos, c'est le volume d'éjection systolique. Il reste alors environ 135 mL dans le ventricule après contraction, c'est le volume télésystolique.
  • d-e : l'éjection du sang dans l'artère et le relâchement du ventricule font chuter la pression. En d, Pv < Pa, les valvules sigmoïdes se referment, ce qui provoque le second bruit (TA). Le ventricule est à nouveau isolé, il se relâche, sa pression continue de baisser.
  • e-f : Quand Pv < Po, les VAV s'ouvrent et le ventricule se remplit à nouveau passivement de sang. Tous les compartiments cardiaques étant relâchés, le cœur est en phase de diastole générale.
Conclusion
• Les différentes phases de la révolution cardiaque sont :
Fonctionnement du coeur - illustration 3
• Un cycle cardiaque, ou une révolution cardiaque, ou un battement, a sur le schéma précédent une durée d'environ 0,8 seconde. On peut en déduire la fréquence cardiaque de l'individu, c'est-à-dire le nombre de battements en 60 secondes : 60 / 0,8  = 75 battements par minute (bpm).
• On appelle débit cardiaque le volume de sang qui passe par le cœur chaque minute. Sa valeur s'obtient en multipliant la fréquence cardiaque (en bpm) par le volume d'éjection systolique (en L par battement) : Dc = Fc x Vs. Si on prend pour Vs la valeur de 0,07 L (voir plus haut), le débit moyen d'un individu est : Dc = 75 x 0,07 = environ 5 L de sang par minute.
Pendant une activité physique, l'organisme a besoin de plus de dioxygène, de nutriments, minéraux et vitamines; il doit également évacuer plus de déchets, de toxines. Le débit cardiaque doit nécessairement augmenter par rapport à la valeur de repos. Ainsi, la fréquence cardiaque va augmenter rapidement pour dépasser 100 bpm (certains efforts imposent une Fc supérieure à 180 bpm !). Vs peut également augmenter, si le ventricule gauche est capable de se contracter plus intensément qu'au repos, l'ampleur de cette variation dépend donc de l'aptitude physique de chaque individu. Un marathonien de haut niveau, par exemple, a une Fc de 40 bpm au repos, car son puissant ventricule gauche a une Vs très élevée.
Exercice n°2Exercice n°3Exercice n°4
3. Quelle est l'origine de l'activité électrique du cœur, comment l'enregistre-t-on ?
• Il existe à l'intérieur même du myocarde un tissu particulier, qui constitue environ 1 % de l'ensemble des cellules cardiaques, et qui est à l'origine de l'activité électrique du cœur. Ce tissu, constitué de cellules proches des cellules myocardiques, mais qui ont gardé des caractéristiques embryonnaires, est capable de s'autoexciter, et donc de se contracter spontanément et rythmiquement. C'est le tissu nodal.
Fonctionnement du coeur - illustration 4
• Entre les cellules nodales et les cellules du myocarde, des jonctions ouvertes permettent une transmission rapide d'un potentiel d'action. La transmission est par contre plus lente entre les cellules nodales.
• Ce sont les cellules du nœud sinusal qui sont capables de se contracter le plus souvent : 100 à 110 fois par minute, ce sont donc elles qui imposent leur rythme aux autres cellules. On appelle le potentiel des cellules du nœud sinusal le potentiel pacemaker. En effet, les cellules du nœud septal seules se contractent environ 50 fois par minute, celles du faisceau de His environ 40 fois par minute et du réseau de Purkinje 25 fois par minute. Le tonus des cellules du myocarde ne pourrait leur permettre de se contracter que 30 fois par minute.
• Le nœud sinusal se contracte donc en premier, ce qui déclenche la contraction de l'oreillette droite, et juste après celle de l'oreillette gauche, 1/200 de seconde plus tard. Le potentiel d'action est ensuite transmis au nœud septal au bout d'1/10 de seconde, puis au faisceau de His et au réseau de Purkinje, puis ensuite seulement aux cellules du ventricule, ce qui lui permet de se contracter de la pointe vers le haut, afin de pouvoir expulser le sang dans l'artère.
• L'ensemble de la période de contraction dure environ 0,22 seconde.
• L'enregistrement de l'activité électrique du cœur est l'électrocardiogramme ou ECG. Un ECG normal est constitué de trois parties :
  • l'onde P, qui montre la dépolarisation des oreillettes, qui précède la systole auriculaire ;
  • le complexe QRS, qui englobe la repolarisation des oreillettes précédent la diastole auriculaire, et la dépolarisation des ventricules à l'origine de la systole ventriculaire ;
  • l'onde T, qui montre la dépolarisation des ventricules qui précède la diastole générale.
• On peut effectuer un enregistrement en continu, sur vingt-quatre heures, de l'activité électrique du cœur pour détecter une arythmie : c'est l'enregistrement Holter.
L'ECG présente un réel intérêt diagnostique, car les anomalies de l'activité électrique cardiaque permettent de visualiser différents troubles :
Fonctionnement du coeur - illustration 5
(a) : ECG normal
(b) : Rythme jonctionnel. Activité électrique dirigée par le nœud septal, en l'absence de potentiels reçus du nœud sinusal
(c) : Bloc cardiaque. Mauvaise communication entre les nœuds sinusal et septal, il y a peu d'ondes QRS et T, tandis que le nombre d'ondes P est normal.
(d) : Fibrillation ventriculaire. Désynchronisation de l'activité des cellules cardiaques, qui se contracte de manière indépendante. Trouble observé lors d'un infarctus.
Exercice n°5Exercice n°6Exercice n°7
À retenir
• Le sang circule toujours des veines vers les oreillettes, des oreillettes vers les ventricules et des ventricules vers les artères.
• Les valvules empêchent le reflux du sang.
• Un cycle cardiaque est constitué de plusieurs périodes : le remplissage des ventricules (diastole générale), qui se termine quand les oreillettes se contractent pour se « vider » (systole auriculaire). Les ventricules se contractent alors (systole ventriculaire) pour éjecter le sang dans les artères.
• On appelle débit cardiaque le volume de sang qui passe par le cœur chaque minute.
• Un groupe de cellules autoexcitables, les cellules nodales, sont à l'origine de la contraction automatique et rythmique des compartiments cardiaques.
Quel est le rôle des valvules cardiaques ?
Cochez la bonne réponse.
empêcher le reflux du sang de l'oreillette vers le ventricule
empêcher le reflux du sang du ventricule vers l'oreillette
empêcher le reflux du sang du ventricule vers l'artère
Le sang circule toujours des oreillettes vers les ventricules puis vers l'artère, et les valvules empêchent le sang de circuler en sens inverse.
Quelle est l'origine des bruits du cœur ?
Cochez la bonne réponse.
la contraction des ventricules
l'ouverture des valvules cardiaques
la fermeture des valvules cardiaques
Les bruits du cœur, perceptibles à l'auscultation, ne sont pas dus aux mouvements des compartiments cardiaques, ni à l'ouverture des valvules, qui sont des mécanismes silencieux. Par contre, en se refermant, les différentes parties des valvules entrent en contact en produisant un bruit qui diffère selon les valvules qui le produisent : « TOUM » ou « TA ».
Dans quel ordre les différentes étapes de la révolution cardiaque se produisent-elles ?
Cochez la bonne réponse.
systole ventriculaire − systole auriculaire − diastole générale
systole auriculaire − systole ventriculaire − diastole générale
systole auriculaire − diastole générale − systole ventriculaire
Les oreillettes se contractent pour terminer le remplissage des ventricules. Une fois plein, ceux-ci se contractent pour éjecter le sang dans les artères. Vient ensuite une période de repos du cœur, la diastole générale, pendant laquelle les oreillettes recommencent à se vider dans les ventricules.
Quelle est la valeur moyenne du débit cardiaque ?
Cochez la bonne réponse.
5 L par minute
75 L par minute
0,07 L par minute
Le débit cardiaque moyen est le produit de la fréquence cardiaque moyenne (75 battements par minute) par le volume moyen d'éjection systolique (0,07 L par battement), soit environ 5 L par minute. En fait, au repos, tout le volume sanguin du corps passe par le sang chaque minute.
Quel est le tissu responsable de l'automatisme cardiaque ?
Cochez la bonne réponse.
le myocarde
l'endocarde
le tissu nodal
La contraction automatique et rythmique du cœur est due à seulement 1 % des cellules cardiaques, en contact avec le myocarde, les cellules nodales.
Quelle est la propriété principale des cellules responsables de l'automatisme cardiaque ?
Cochez la bonne réponse.
Elles transmettent au reste du cœur un influx nerveux excitateur.
Elles transmettent au reste du cœur un potentiel d'action.
Elles transmettent au reste du cœur une hormone excitatrice par les jonctions ouvertes entre les cellules.
La contraction musculaire est initiée par un courant électrique appelé potentiel d'action. Les cellules nodales produisent leur propre potentiel d'action, qu'elles transmettent aux cellules du myocarde par des jonctions ouvertes, ce qui déclenche leur contraction.
Un électrocardiogramme (ECG) permet de visualiser :
Cochez la bonne réponse.
l'activité électrique des compartiments cardiaques, qui précède leur activité mécanique.
l'activité mécanique des compartiments cardiaques (systole, diastole).
la pression sanguine dans les différents compartiments cardiaques.
Un ECG enregistre uniquement les différences de potentiel entre deux électrodes, qui traduisent les courants électriques dans les compartiments cardiaques qui vont stimuler les cellules et permettre leur contraction, ou au contraire qui vont signaler leur relâchement.