Physiologie Cardiovasculaire

Le physiologiste britannique William Harvey a expliqué en 1628 que le système cardiovasculaire est un circuit fermé, composé principalement du sang, les vaisseaux sanguins, le cœur, et le système lymphatique. Le cœur est l’organe vital principal du système cardiovasculaire, entouré par le Péricarde une sorte de sacoche contenant un liquide nécessaire pour lubrifier la surface du cœur afin de faciliter le mouvement de contraction et relaxation, ce mouvement est assurer par les fibres musculaires cardiaques connues par le myocarde. Sous la couche musculaire, une fine couche endothéliale constitue l’endocarde qui dispose d’une surface lisse qui permet un écoulement du flux sanguin sans frottement .

Le cœur assure la circulation du sang dans le corps. A chaque battement de cœur le sang est éjecté dans un réseau d’artères pour parcourir le corps et traverse les veines pour revenir au cœur. Cette fonction est assurée par un mouvement rythmique de contraction du muscle cardiaque .

Le cœur est composé de quatre cavités deux oreillettes et deux ventricules. Le sang veineux revenant des organes systémiques rejoint l’oreillette droite à travers les la veine cave supérieure et inférieure. En passant par la valve tricuspide le sang arrive au ventricule droit où il est refoulé à travers la valve pulmonaire vers l’artère pulmonaire. Après un passage par les capillaires pulmonaires le sang oxygéné retourne à l’oreillette gauche à travers la veine pulmonaire en suite le sang passe au ventricule gauche par la valve mitrale puis pompé dans l’aorte par la valve aortique .

La structure des valves cardiaques permet un passage de flux en une seule direction, la direction du gradient des pressions. Dès que la pression du ventricule droit dépasse la pression au niveau de l’artère pulmonaire, le sang est chassé du ventricule et pareil pour le ventricule gauche qui propulse le sang oxygéné vers l’aorte. Cette phase de contraction est connue par la systole. Les valves atrioventriculaires restent fermées car la pression au niveau des ventricules est plus élevée que celle au niveau des oreillettes. Quand le ventricule se relâche, la pression au niveau du ventricule devient plus faible que celle au niveau de l’oreillette, ainsi, les valves atrio-ventriculaires s’ouvrent et le ventricule se remplis c’est la diastole. Les valves aortique et pulmonaire restent fermées pendant la diastole car  la pression au niveau des artères pulmonaire et aortique est plus grande que la pression intraventriculaire.

L’origine de la contraction cardiaque est la propagation d’un influx électrique par le biais du système de conduction cardiaque. L’excitation électrique est générée par le nœud sinusal situé au niveau de l’oreillette droite. Les cellules du pacemaker naturel le nœud sinusal subissent une dépolarisation intrinsèque spontanée qui engendre le rythme cardiaque. La fréquence de cette dépolarisation est modulée par le système nerveux central à travers deux groupes de nerfs : le système sympathique qui accélère le rythme et le système parasympathique qui ralentie le rythme. La dépolarisation se propage dans les cellules myocardiques des oreillettes, cette propagation ce manifeste par la contraction des oreillettes (13). La dépolarisation arrive ensuite au nœud atrio-ventriculaire situé au-dessus de la jonction entre le septum et l’oreillette droite, connu aussi par le nœud de Tawara, il permet de transmettre l’excitation électrique au faisceau de His avec un ralentissement de la vitesse de transmission de dépolarisation, ce retard est nécessaire pour coordonner la contraction cardiaque, et qui correspond au temps de passage du flux sanguin des oreillettes aux ventricules. En traversant les deux branches du faisceau de His, et à travers une ramification de cellules spécialisées connues par les fibres de Purkinje, l’onde de dépolarisation est transmise aux cellules myocardiques ventriculaires qui assurent la contraction des ventricules .

Le sang est composé de plusieurs éléments suspendus dans un liquide appelé plasma qui constitue 55% de son volume, dans le plasma on retrouve les déchets métaboliques, plusieurs protéines et d’autres molécules à transporter entre les organes. Les autres éléments constituant le sang sont les globules rouges (érythrocytes) les globules blancs (leucocytes) et les plaquettes. Chez une personne en bonne santé les cellules sanguines sont 99% des globules rouges, riches en hémoglobine leurs rôle principale est d’assurer l’échange du O2. Les globules blancs assurent le processus immunitaire pour protéger l’organisme contre les infections. Les plaquettes permettent la coagulation du sang .

Les vaisseaux sanguins : 

Le sang est transmis vers l’ensemble des tissus du corps humain par un branchement de vaisseaux sanguins, ce système arrive jusqu’au voisinage des cellules avec une ramification complexe de capillaires. Le transit des nutriments et des déchets métaboliques entre les capillaires et les cellules est assuré par diffusion à travers le liquide interstitiel. Le flux sanguins passe passivement vers les organes sous l’effet du gradient de pression, la pression artérielle est maintenue plus élevée que la pression veineuse par le pompage cardiaque.

Le cœur éjecte le sang dans l’aorte, c’est la plus grande artère dans avec un diamètre de 2-3 cm. L’aorte se divise en multitude d’artères de plus en plus étroites, puis les artérioles (5 à 100 µm) et finalement les capillaires ayant un diamètre de 5 à 10 µm. Le sang appauvri d’oxygène retourne au cœur via les veinules puis les veines .

La paroi des artères et des veines est composé de trois couches concentriques : l’intima (formé d’un endothélium et d’une couche conjonctive) la média (composée de fibres élastiques et des cellules musculaires) et l’adventice (la couche externe).

Les grosses artères comme l’aorte sont riches fibres élastiques, ce qui leurs une capacité de dilatation pour emmagasiner en volume de sang et assurer un jet continue du flux sanguin c’est le modèle artériel de Windkessel illustré par .

La média des artérioles est plutôt riche en fibres musculaires ce qui leurs donnent la capacité de modifier le diamètre de leurs lumières en se dilatant par vasodilatation ou se contractant par vasoconstriction sous le contrôle du système nerveux sympathique. Les veines les veinules disposent d’une paroi mince que celle des artères, leurs média sont plus musculaires qu’élastiques. La pression sanguine dans les veines est plus faible que dans les artères et ils disposent de valvules qui favorisent le retour veineux vers le cœur. Les capillaires sont constitués seulement d’une couche endothéliale et d’un tissue conjonctif lâche, ils disposent de sphincters qui contrôlent la répartition du flux sanguin .

Modèle de Windkessel : 

Stephen Hales est le premier à réaliser une mesure directe de la pression artérielle sur une jument en 1733, il a noté que la variation de la pression artérielle est en relation avec l’élasticité des grandes artères. A l’éjection systolique le cœur propulse le sang oxygéné dans l’aorte, grâce à sa compliance l’aorte se dilate pour stoker un volume sanguin puis se contracte pour maintenir un débit minimal au système vasculaire quand le cœur cesse de pomper le sang entre deux cycles cardiaques (15). Hales a expliquer ce processus en faisant analogie au Windkessel, un engin médiéval de pompage d’eau utilisait par les pompiers pour les incendies. Le rôle de l’aorte dans le système vasculaire, est identique à celui de la chambre de compliance. Cette chambre contient un volume d’aire, quand la pression de la pompe augmente par pompage, l’air est comprimé et son volume diminue et ce dernier est remplacé par le même volume en eau.

Propagation de l’onde de pression artérielle : 

La pression artérielle est la pression du sang qui règne dans les artères, elle varie dans le cycle cardiaque et passe par un maximum qui représente la pression artérielle systolique (PAS), puis diminue jusqu’au minimum qui représente la pression artérielle diastolique (PAD). La moyenne temporelle de la courbe de pression artérielle représente la pression artérielle moyenne (PAM).

A l’éjection systolique, l’onde artérielle se forme au niveau de l’aorte, son contour dépond principalement la pré-charge cardiaque (remplissage ventriculaire), la post charge cardiaque qui se manifeste par les caractéristiques de l’arbre artérielle (réflexion d’onde et résistance périphérique). Le changement du rythme cardiaque affecte la diastole plus que la systole, la durée d’éjection augmente par rapport à la durée diastolique quand le rythme s’accélère et diminue quand le rythme diminue.

L’onde artérielle se propage dans l’arbre artérielle et se réfléchie sur le trajet artériel suite à une discontinuité des propriétés élastiques de la paroi artérielle ou un changement du diamètre artériel.