Introduction
Le cœur, organe vital, fonctionne comme une pompe assurant la circulation sanguine dans tout l'organisme. Son activité est cyclique, alternant des phases de contraction (systole) et de relâchement (diastole). Parmi les phases de la révolution cardiaque, la contraction isovolumétrique ventriculaire occupe une place cruciale. Cet article explore en détail la physiologie de cette phase, en la replaçant dans le contexte plus large du cycle cardiaque.
L'anatomie et la mécanique du cœur
Le cœur est divisé longitudinalement en deux hémi-cœurs indépendants et asymétriques. Sa paroi est constituée de trois tuniques, dont la principale, le myocarde, est composée de tissu musculaire responsable de la contraction cardiaque. Des valves cardiaques assurent une circulation intracardiaque à sens unique, empêchant le reflux sanguin. La vascularisation du cœur est assurée par les vaisseaux coronaires.
La révolution cardiaque, ou cycle cardiaque, est constituée d’une alternance cyclique de contractions (systoles) et de relâchements (diastoles). On distingue :
- Systole auriculaire: Contraction des oreillettes qui chassent le sang qu’elles contiennent dans les ventricules.
- Systole ventriculaire: Contraction des ventricules qui mettent le sang sous pression puis l’éjectent dans les artères.
- Diastole générale: Relâchement du cœur, avec remplissage des oreillettes puis des ventricules.
Les Courbes de Pression Cardiaque
L’étude des courbes de pression est essentielle pour comprendre le cycle cardiaque. On distingue trois courbes principales : auriculaire (o), ventriculaire (v) et artérielle (a). Les courbes de pression droites et gauches ont les mêmes formes, seules les amplitudes diffèrent. L’oreillette est une cavité à basse pression, tandis que le système artériel est un système clos à haute pression. Le ventricule assure le transport du sang d’une cavité à basse pression vers un système à haute pression.
La Contraction Isovolumétrique Ventriculaire : Une Phase Clé
Définition et Début
La contraction isovolumétrique commence avec la fermeture de la valve mitrale (FM). Juste après la fin de la dépolarisation auriculaire, l'onde de stimulation myocardique franchit le nœud auriculo-ventriculaire et se propage rapidement dans la masse ventriculaire qu'elle dépolarise. Celle-ci, de ce fait, se contracte : c'est le début de la systole ventriculaire. Le sang intraventriculaire se trouve alors comprimé, la pression intra-ventriculaire augmente rapidement et dépasse la pression qui règne dans l'oreillette ; elle ferme alors les valves auriculo-ventriculaires empêchant tout reflux.
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Mécanismes
Pendant cette phase, la contraction de la pointe des ventricules pousse le sang vers leur base, poussant les faces inférieures des cuspides des valves auriculo-ventriculaires causant ainsi leur fermeture. Ces valves étant fermées, le sang contenu dans les ventricules ne peut donc refluer vers les oreillettes. À ce stade, la pression dans les ventricules étant inférieure à la pression dans les artères, les valves pulmonaire et aortique sont fermées et donc aucun flux de sang entre ventricules et artères n'a lieu.
La vitesse d’augmentation de la pression par rapport au temps (dP/dt) peut être mesurée. Elle passe par un maximum (dP/dt max) et un minimum (dP/dt min ou -dP/dt) contemporains de la phase de contraction et de relaxation isovolumétrique.
Importance
Il faut un certain temps pour que la pression intraventriculaire gauche atteigne puis dépasse la pression aortique et ouvre les sigmoïdes; ainsi, pendant les premiers centièmes de seconde de la systole ventriculaire, le volume de sang emprisonné dans le ventricule par la fermeture de la valve mitrale ne peut pas sortir par l'aorte. Bien que le volume ventriculaire reste constant durant cette phase, l'augmentation rapide de la pression est cruciale pour préparer l'éjection du sang.
L'Éjection Ventriculaire : Conséquence de la Contraction Isovolumétrique
Lorsque la pression ventriculaire atteint le niveau de la pression artérielle, l’ouverture des valves sigmoïdes (OS) se produit. Ce phénomène est passif et dépend uniquement de la différence de pression. Avec l’ouverture des sigmoïdes débute l’éjection ventriculaire, d’abord rapide, jusqu’au pic de pression, puis plus lente. Au pic de pression, la contraction musculaire s’arrête et la relaxation commence.
L’éjection systolique débute lorsque la pression dans le ventricule dépasse celle dans l’aorte ou l’artère pulmonaire permettant l’ouverture des valves pulmonaires et aortiques et l’expulsion du sang hors des ventricules. Le volume de sang éjecté à chaque contraction ventriculaire, appelé volume d'éjection ou volume d'éjection systolique (VES), ne constitue qu'une partie (fraction d'éjection) du volume télédiastolique (80 ml environ sur 120-150 mL soit entre les deux-tiers et la moitié).
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La Relaxation Isovolumétrique : Retour au Calme
Dès la fin de l'onde T sur l'ECG, les ventricules se relâchent. La relaxation est un phénomène diastolique biochimique qui correspond à la rupture des liaisons actine/myosine. La relaxation survient alors que la systole mécanique n’est pas terminée. La pression ventriculaire chute donc rapidement et devient inférieure à la pression dans les artères, provoquant ainsi la fermeture des valves pulmonaire et aortique. Les valves auriculo-ventriculaires étant toujours fermées (la pression dans les ventricules est à cet instant toujours supérieure à la pression dans les oreillettes), le volume ventriculaire ne change pas et reste à sa valeur de volume télésystolique.
Le Remplissage Ventriculaire : Préparation au Prochain Cycle
Le remplissage ventriculaire est subdivisé en deux phases : remplissage rapide et remplissage lent. Quand la pression intra-ventriculaire devient inférieure à la pression auriculaire, les valves atrio-ventriculaires s'ouvrent et le sang, accumulé jusque là dans les oreillettes, passe dans les ventricules dont le volume augmente, rapidement d'abord, puis de plus en plus lentement, jusqu'à la contraction auriculaire. En effet, tout à la fin de la diastole ventriculaire, le nœud sinusal décharge, déclenchant la dépolarisation du myocarde auriculaire et donc sa contraction : c'est la systole auriculaire. Un supplément de sang est alors brusquement déplacé de l'oreillette vers le ventricule, entraînant une élévation transitoire de la pression auriculo-ventriculaire.
L'Aspect Électrique du Cycle Cardiaque
Le cœur fonctionne en l’absence de structures nerveuses : on dit qu’il est doué d’un automatisme. Cet automatisme trouve son origine dans un tissu spécialisé : le tissu nodal.
Le Tissu Nodal
C’est un tissu spécialisé localisé en des points précis du cœur :
- Le nœud sinusal, situé dans la paroi de l’oreillette droite, au point d’arrivée de la veine cave supérieure.
- Le nœud septal ou nœud auriculo-ventriculaire, situé dans l’oreillette droite au-dessus de la valve tricuspide.
- Le faisceau de His, qui prend naissance au niveau du nœud septal et se prolonge dans le septum.
- Le réseau de Purkinje qui constitue le prolongement du faisceau de His ; il se ramifie en 2 branches dans les parois des ventricules droit et gauche.
Les cellules nodales sont des cellules peu différenciées et donc peu contractiles ; en revanche, elles ont un potentiel de membrane instable, responsable d’auto-excitations rythmiques. Cette instabilité électrique de leur membrane produit des dépolarisations spontanées nommées potentiels d’action nodaux, à l’origine de l’automatisme cardiaque.
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Chronologie de la Contraction Myocardique
L’onde de dépolarisation naît de façon spontanée et rythmique au niveau du nœud sinusal et génère des potentiels d’action qui se propagent de proche en proche jusqu’aux myocytes auriculaires, déclenchant la systole auriculaire. L’onde de dépolarisation est ensuite transmise aux ventricules par l’intermédiaire du nœud septal, puis se propage à l’ensemble des myocytes ventriculaires par le faisceau de His et le réseau de Purkinje, déclenchant la systole ventriculaire. Ainsi, le nœud sinusal, qui possède la fréquence de dépolarisation la plus élevée, impose son rythme d’excitation à l’ensemble du tissu nodal et aux myocytes : on l’appelle stimulateur principal ou pacemaker du cœur.
L'Électrocardiogramme (ECG)
L’électrocardiographie est un examen enregistrant l’activité électrique du cœur à l’aide d’électrodes cutanées. On obtient un tracé appelé électrocardiogramme (ECG) dont l’étude permet d’évaluer l’état fonctionnel du cœur et renseigne sur une éventuelle anomalie cardiaque, telle qu’une arythmie. Chaque cycle cardiaque est caractérisé sur l’ECG par la succession de trois ondes :
- Onde P : Elle correspond à la dépolarisation des oreillettes, qui précède et déclenche la systole auriculaire.
- Complexe QRS : Il correspond à la dépolarisation des ventricules, qui précède et déclenche la systole ventriculaire. Pendant ce temps, se déroule la repolarisation des oreillettes.
- Onde T : Elle correspond à la repolarisation du ventricule.
L'Aspect Mécanique du Cycle Cardiaque: Les Phases
La révolution cardiaque, ou cycle cardiaque, est constituée d’une alternance cyclique de contractions (systoles) et de relâchements (diastoles).
- a) La systole auriculaire (phase AB): Les oreillettes se contractent ; la pression sanguine dans les oreillettes étant supérieure à celle des ventricules, les valves auriculo-ventriculaires (VAV) restent ouvertes. Cette étape permet un remplissage actif des ventricules qui complète le remplissage passif ayant eu lieu durant la diastole générale précédente. À la fin de cette phase, les ventricules contiennent un volume de sang maximal appelé volume télédiastolique (VTD).
- b) La systole ventriculaire isovolumétrique (phase BC): Les ventricules se contractent ; la pression sanguine dans les ventricules augmente et devient supérieure à celle dans les oreillettes, qui se relâchent : fermeture des VAV. Les valves sigmoïdes (VS) étant toujours fermées, le volume ventriculaire reste constant.
- c) La systole ventriculaire isotonique (phase CD): La contraction des ventricules se poursuit. La pression ventriculaire continue d’augmenter et devient supérieure à la pression dans l’artère (aorte ou pulmonaire) : les VS s’ouvrent et le sang est éjecté dans les artères. Le volume de sang éjecté est appelé volume d’éjection systolique (VES). À la fin de cette phase, les ventricules contiennent un volume de sang minimal appelé volume télésystolique (VTS). Lorsque la pression sanguine ventriculaire devient de nouveau inférieure à la pression dans les artères, les VS se referment.
- d) La diastole générale isovolumétrique (phase DE): Toutes les valves sont fermées : les ventricules se relâchent au cours d’une phase à volume constant, et le sang revient passivement dans les oreillettes.
- e) La diastole générale isotonique (phase EF): Le relâchement des oreillettes et des ventricules se poursuit. La pression dans les oreillettes devient supérieure à celle dans les ventricules : ouverture des VAV, permettant un remplissage passif et partiel des ventricules.
Le Phonocardiogramme
L’enregistrement des bruits du cœur nécessite un stéthoscope muni d’un microphone. Il permet de distinguer deux sons émis par le cœur lors de la fermeture des valves :
- Le premier, TOUM, sourd et long, correspond à la fermeture des valves auriculo-ventriculaires ; il marque le début de la systole ventriculaire.
- Le second, TA, court et sec, correspond à la fermeture des valves sigmoïdes ; il marque la fin de la systole ventriculaire.
Fréquence et Débit Cardiaques
La fréquence cardiaque (FC) correspond au nombre de cycles (ou révolutions) cardiaques en une minute. Au repos, sa valeur est d’environ 75 cpm (contractions par minute). Le volume d’éjection systolique (VES) est le volume de sang éjecté par chacun des ventricules dans les artères lors de la systole. Sa valeur est d’environ 80 ml au repos. Le débit cardiaque (DC) est le volume de sang éjecté par chaque ventricule en une minute. Sa valeur est d’environ 5 L/min au repos. DC (L/min) = FC (cpm) × VES (L)
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