Organisation de l'appareil cardiovasculaire et circulation sanguine

Le réseau sanguin est très complexe, très ramifié et très efficace : chaque cellule de l'organisme est située à moins de trois diamètres d'un capillaire sanguin. Ce réseau est relié à plusieurs fonctions complètement différentes : la respiration, qui apporte l'O2 et les nutriments aux cellules, et permet la récupération du CO2 et des déchets cellulaires avant leur expulsion ; la transmission de l'information : transport des hormones ; la protection : transport des anticorps et des cellules immunitaires ; la régulation thermique : le sang transporte, répartit et dissipe la chaleur produite par les cellules en activité ; etc.
1. Comment l'appareil cardiovasculaire est-il organisé ?
L'appareil cardiovasculaire
Organisation de l'appareil cardiovasculaire et circulation sanguine - illustration 1
• L'appareil cardiovasculaire présente trois types de vaisseaux : les artères, qui partent du cœur ; les veines, qui arrivent au cœur ; les capillaires, qui relient les systèmes artériel et veineux, et qui permettent les échanges entre le sang et les tissus. Le cœur envoie le sang dans deux réseaux complémentaires, la petite circulation ou circulation pulmonaire (artères, veines et capillaires pulmonaires) et la circulation générale ou systémique.
• Un système en dérivation distribue le sang aux organes : à partir des artères systémiques issues de l'aorte, un vaisseau spécifique distribue le volume adéquat de sang à chaque organe. Ainsi, sur 5 L de sang pompés par le cœur chaque minute : le cerveau en reçoit 750 mL ; le tissu cardiaque en reçoit 250 mL ; les muscles striés en reçoivent 1 200 mL ; les reins en reçoivent 1 100 mL ; etc.
• Le foie, les reins et le cerveau ont une particularité intéressante : en plus de leur irrigation normale, ils possèdent un système porte qui leur permet de gérer les mouvements de substances spécifiques. Ainsi, le foie reçoit-il par le biais de la veine porte hépatique le glucose absorbé après digestion au niveau de l'intestin grêle.
Exercice n°1Exercice n°2
2. Quelles sont les structures et propriétés de la paroi des vaisseaux sanguins ?
• Le diamètre des vaisseaux varie de quelques μm à 3 cm. Leur histologie, c'est-à-dire l'étude de la nature de leur paroi, permet de distinguer quatre types de vaisseaux : les artères, les artérioles, les capillaires, les veines. Les parois des vaisseaux sanguins peuvent comporter jusqu'à trois couches :
  • l'intima : elle est composée d'un endothélium, et entoure la lumière du vaisseau ;
  • la media : elle entoure l'intima, et est constituée de fibres musculaires (contraction) et de fibres élastiques (élasticité) ;
  • l'adventice : elle présente des fibres de collagène (résistance), des fibres élastiques, des fibres nerveuses et du tissu conjonctif, ainsi que les capillaires qui irriguent les cellules de la paroi.
• Les artères ont une media très développée, leur paroi est riche en fibres élastiques, collagène et fibres musculaires lisses. Ce sont des vaisseaux élastiques qui résistent faiblement à l'écoulement. La motricité des artères (contraction ou relâchement de leur paroi) est contrôlée par des fibres nerveuses.
Coupe transversale de la paroi d'une artère
Organisation de l'appareil cardiovasculaire et circulation sanguine - illustration 2
• Les artérioles ont une media est très riche en cellules musculaires lisses, ce sont donc des vaisseaux contractiles qui peuvent régler finement leur diamètre. Leur motricité est également contrôlée par voie nerveuse. Les artérioles ont ainsi quatre rôles complémentaires :
  • maintenir en amont une pression élevée ;
  • amortir la pulsation du sang, comme les artères ;
  • faire chuter vitesse et pression en aval pour faciliter les échanges dans les capillaires ;
  • régler le débit sanguin vers chaque organe en fonction de son activité.
• La paroi des capillaires est très simple : elle n'est constituée que d'une seule couche de cellules, l'intima. Les capillaires sont donc spécialisés dans les échanges entre le sang et les cellules. De plus, la vitesse d'écoulement dans la circulation capillaire (= microcirculation) est seulement de 8 mm par seconde. Les sphincters entre artérioles et capillaires répartissent la masse sanguine selon les besoins, si bien qu'à chaque instant, seulement 5 % des capillaires sont irrigués par les artérioles.
Coupe transversale de la paroi d'un capillaire
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• La paroi des veines et veinules est mince et contient surtout du collagène, et peu de fibres musculaires lisses. Les veines peuvent recevoir un très grand volume de sang.
Coupe transversale de la paroi d'une veine
Organisation de l'appareil cardiovasculaire et circulation sanguine - illustration 4
• Le retour veineux en provenance de la partie basse du corps est assuré par plusieurs systèmes :
  • des valvules anti-reflux ;
  • le grand diamètre des vaisseaux permet de n'avoir qu'une résistance à l'écoulement minimale ;
  • les cellules musculaires lisses de la paroi ;
  • la contraction des muscles striés à proximité des veines les « massent » vers le haut.
Remarques
• La phlébite est une inflammation des veines qui peut survenir, par exemple, chez un malade alité. Elle engendre la formation d'un caillot, qui peut se détacher et provoquer une embolie.
• Les varices sont des dilatations de la paroi des veines, gorgées de sang à la suite d'un mauvais fonctionnement des valvules anti-reflux. Les hémorroïdes sont des varices de veines situées à proximité de l'anus.
Exercice n°3Exercice n°4Exercice n°5
3. Quelles sont les propriétés hémodynamiques des vaisseaux sanguins ?
• La circulation du sang dans l'appareil cardiovasculaire se fait d'une région de haute pression vers une région de basse pression. On distingue donc :
  • Un système à haute pression : la pression est en moyenne de 100 mmHg et permet l'écoulement rapide du sang vers les organes les plus éloignés. Il comprend : le cœur gauche, l'aorte et les artères systémiques.
  • Un système de basse pression : la pression est en moyenne de 15 mmHg et assure des échanges efficaces au niveau des organes. 80 % du volume sanguin se trouve dans le système à basse pression. Il comprend : les capillaires sanguins, les veines systémiques, le cœur droit et la circulation pulmonaire.
• Les artères systémiques appartiennent au système à haute pression. À chaque contraction cardiaque, elles se dilatent sous l'effet de la pression du sang et se resserrent passivement ensuite. Le sang reste ainsi toujours sous pression et s'écoule de façon continue.
• Le débit sanguin de chaque organe et de chaque tissu est finement contrôlé par les artérioles : en modifiant à chaque instant leur diamètre et en ouvrant ou fermant le sphincter qui les relie aux capillaires, elles permettent ainsi à une plus ou moins grande quantité de sang de passer. Elles modulent donc le débit sanguin en fonction des besoins. Ainsi, lors d'un effort musculaire, le débit sanguin est dirigé prioritairement vers les muscles et la peau ; après un repas, ce sont les organes de l'appareil digestif qui voient leur débit sanguin augmenter, ce qui peut d'ailleurs faire diminuer les performances physiques en pleine digestion, ou couper la digestion pendant un effort. Le cerveau est le seul organe qui reçoit toujours le même débit de sang, car un apport irrégulier en glucose et dioxygène pourrait léser de manière irrémédiable les cellules nerveuses.
• Les veines font partie du système à basse pression, leur paroi est mince et élastique et la lumière large, elles peuvent donc recevoir un volume important de sang. Pour aider le retour du sang au cœur (retour veineux), les veines ont des valvules qui empêchent le reflux du sang.
Exercice n°7Exercice n°8
4. Qu'est-ce que la pression artérielle ? Comment la mesure-t-on ?
• La pression artérielle est la pression du sang dans les artères ; on distingue deux valeurs, qui correspondent à deux phases du cycle cardiaque :
  • la pression systolique, quand la contraction du ventricule éjecte le sang dans l'artère, qui est la pression maximale ;
  • la pression diastolique, minimale, quand le ventricule se relâche.
• En 1732, le révérend Stephen Hales sectionne l'artère « d'une vieille jument tenue sur le dos » et fait communiquer le bout cardiaque de cette artère avec un tube vertical de 3 m de haut. Le sang s'élève alors jusqu'à une hauteur de 2,70 m. Hales venait de procéder à la première mesure de pression artérielle.
• Chez l'homme, on effectue cette mesure de la manière suivante : on applique au patient un brassard, muni d'un cadran donnant la pression en mmHg, et relié à une poire que l'on peut obstruer à l'aide d'une vis. Cet appareil se nomme un sphygmomanomètre (sphygm(o)- : pouls; man(o)- : pression), car il mesure une pression à partir d'une pulsation. On gonfle le brassard jusqu'à obtenir une pression supérieure à la pression artérielle (on atteint en général 180 mmHg). L'artère est alors totalement obstruée, et on n'entend aucun bruit si on place le capteur d'un stéthoscope juste en-dessous du brassard, au pli du coude. En dégonflant doucement le brassard, on détermine alors deux valeurs :
  • La pression maximale : lorsque la pression du brassard devient juste inférieure à la pression systolique, les artères s'ouvrent mais restent encore très comprimées. Le sang s'écoule à grande vitesse mais de façon turbulente en frappant les parois de l'artère, ce qui s'entend très bien au stéthoscope. C'est donc l'apparition du bruit qui détermine la valeur de la pression systolique.
  • La pression minimale : en décomprimant les artères, on permet au sang de s'écouler de mieux en mieux, donc le bruit perçu diminue progressivement. Quand la pression du brassard atteint la pression diastolique, les artères ne sont plus du tout comprimées, et le sang s'écoule normalement. C'est donc l'apparition du silence qui détermine la valeur de la pression diastolique.
Mesure de la pression artérielle
Organisation de l'appareil cardiovasculaire et circulation sanguine - illustration 5
• La pression systolique moyenne est d'environ 130 mmHg (13 cmHg), tandis que la pression diastolique est d'environ 80 mmHg (8 cmHg). Ces valeurs sont souvent exprimées ensemble et en cmHg, on dira que la pression artérielle moyenne est de 13/ 8.
• On parle d'hypertension artérielle (HTA) lorsqu'elle dépasse régulièrement 14/ 9 sur une durée de plusieurs semaines. On parle d'hypotension artérielle lorsqu'elle est inférieure à 10/6 chez la femme, 11/7 chez l'homme.
Exercice n°6
À retenir
• L'appareil cardiovasculaire est composé de la circulation générale, qui sert à distribuer le sang aux tissus, et de la circulation pulmonaire, qui permet l'hématose du sang.
• Le système porte hépatique, par le biais d'une veine porte, apporte au foie le glucose issu de la digestion pour qu'il puisse réguler la glycémie.
• Les artères systémiques sont des vaisseaux résistants et élastiques, qui peuvent se déformer et supporter une forte pression sanguine.
• Les artérioles contrôlent le débit sanguin de chaque organe.
• Les capillaires assurent les échanges respiratoires et nutritionnels entre le sang et les tissus.
• Les veines assurent le retour du sang au cœur, notamment grâce à des valvules anti-reflux.
• La pression artérielle normale est de 13/ 8.
• On parle d'hypertension artérielle quand la pression dépasse régulièrement 14/ 9, et d'hypotension artérielle pour une tension inférieure à 10/6 chez la femme, 11/7 chez l'homme.
Quel trajet parcourt une hématie qui sort du cœur par l'artère aorte ?
Cochez la bonne réponse.
artère pulmonaire, capillaire pulmonaire, veine pulmonaire
artère systémique, veine, capillaire tissulaire
artère systémique, capillaire tissulaire, veine
Une hématie qui entre dans l'aorte parcourt la circulation générale, elle ne passera par les vaisseaux pulmonaires qu'après être retournée au cœur. Elle entrera dans un tissu par le réseau artériel, échangera O2 et CO2 avec une cellule au niveau des capillaires, et sortira du tissu par le réseau veineux.
Quelles sont les caractéristiques du système porte hépatique ?
Cochez la bonne réponse.
Il est constitué d'une artère commune aux deux organes, qui leur distribue du sang à tour de rôle.
Il relie l'intestin au foie par une veine qui transporte le glucose issu de la digestion.
Il relie l'intestin au foie par un sphincter.
On appelle système porte un ensemble de vaisseaux (artères ou veines) et de capillaires qui transportent spécifiquement des substances entre deux organes. Le système porte hépatique est constitué de la veine porte et des capillaires veineux de l'intestin en amont, et du foie en aval.
Quel est le rôle des fibres musculaires lisses dans la paroi des vaisseaux artériels ?
Cochez la bonne réponse.
Elles permettent de former des replis qui augmentent la surface d'échange de la paroi.
Elles permettent de contrôler la longueur du vaisseau.
Elles permettent de contrôler le diamètre du vaisseau.
Les cellules musculaires lisses de la paroi des vaisseaux sanguins sont en forme d'anneau, leur contraction va donc réduire le calibre du vaisseau, jusqu'à l'obstruer totalement dans certains cas. Un anneau musculaire capable d'empêcher totalement l'écoulement d'un liquide corporel est appelé sphincter.
Quelle est la particularité de la paroi des capillaires ?
Cochez la bonne réponse.
Elle est très fine, constituée d'une seule couche de cellules.
Elle est très résistante à la pression sanguine.
Elle peut se contracter pour empêcher le passage du sang.
Le rôle des capillaires est uniquement d'assurer les échanges de gaz respiratoires, nutriments et déchets entre le sang et les cellules. Leur paroi est donc très fine pour être parfaitement perméable. Ils reçoivent de plus du sang à basse pression et à basse vitesse.
Quel est le point commun entre une veine et le cœur ?
Cochez la bonne réponse.
Ils sont pourvus tous les deux de valvules anti-reflux.
Ils transportent tous les deux uniquement du sang non hématosé.
Ils se contractent et se relâchent rythmiquement et automatiquement.
Les veines, tout comme le cœur, sont pourvues de valvules antireflux. En effet, le sang en provenance des capillaires est à très basse pression, il doit pourtant retourner au cœur et lutter, pour la partie basse du corps, contre la force de gravité. Il pourrait refluer vers les membres inférieurs.
À quoi correspondent les deux valeurs données par la mesure de la pression artérielle ?
Cochez la bonne réponse.
à la mesure de la pression au début et à la fin de l'artère
à la mesure des pressions sanguines maximales et minimales sur une journée
à la mesure de la pression sanguine quand le cœur se contracte, et quand il se relâche
La première valeur correspond au sang envoyé dans l'artère en systole, c'est-à-dire pendant la contraction ventriculaire ; la seconde au sang restitué par l'artère en diastole, quand le cœur se relâche.
Quel vaisseau sanguin n'appartient pas au système à haute pression ?
Cochez la bonne réponse.
l'artère pulmonaire
l'artère aorte
l'artère rénale
La circulation pulmonaire assure les échanges de gaz respiratoires, et non la distribution du sang aux tissus, qui elle doit se faire à forte pression. Elle récupère le sang en provenance du cœur droit et des veines caves, qui font partie du système à basse pression.
Trouver l'intrus parmi les propositions suivantes :
Cochez la bonne réponse.
Un effort physique provoque un afflux de sang au niveau digestif.
Un effort physique peut perturber la digestion.
Un effort physique ne perturbe pas l'apport en sang au niveau du cerveau.
Les organes les plus actifs sont toujours prioritaires en termes de débit sanguin, à l'exception du cerveau qui reçoit toujours la même quantité de sang de façon à assurer un apport stable en nutriments et dioxygène aux neurones. Par contre, quand les muscles sont sollicités par un effort physique, ils reçoivent un apport supplémentaire de sang, au détriment du tube digestif, qui en reçoit donc moins.