Le fonctionnement du coeur

Le coeur p`ese environ 300 g chez l’homme adulte, 250 g chez la femme. La fonction essentielle du coeur est d’ˆetre une pompe assurant le transport de l’oxyg`ene aux diff´erents tissus. Cette fonction repose sur plusieurs ´el´ements synergiques, les cavit´es, les valves, le muscle myocardique, les surfaces de glissement. Il a, en outre, besoin lui-mˆeme d’ˆetre aliment´e par des vaisseaux nourriciers qui assurent la perfusion myocardique (des troncs art´eriels coronaires `a la microcirculation coronarienne). Le coeur est enfin sous le r´egime d’un contrˆole neuro-hormonal complexe qui permet l’adaptation de la fr´equence cardiaque aux diff´erentes conditions du besoin en oxyg`ene.

Le fonctionnement du muscle cardiaque est complexe et pr´esente de nombreuses facettes. Nous r´esumons ici les principales phases de la pompe cardiaque qui r`eglent la circulation du sang dans l’organisme. Pour un expos´e approfondi de la physiologie cardiaque, nous invitons le lecteur `a se r´ef´erer `a des ouvrages plus sp´ecialis´es [Houdas 90].

Un cycle cardiaque se d´eroule en deux ´etapes. Dans un premier temps, la diastole corre- spond au remplissage des ventricules. Les valves atrioventriculaires (mitrale et tricuspide) sont alors ouvertes et les valves sigmo¨ıdes (aortique et pulmonaire) sont ferm´ees. Le dur´ee d’une diastole est d’environ 600 ms. Dans un second temps, la systole correspond `a la contraction des ventricules. Les valves sigmo¨ıdes s’ouvrent pour permettre l’´evacuation du sang accumul´e durant la diastole vers les organes du corps humain. Les valves atrioventric- ulaires se ferment pour ´eviter tout reflux du sang vers les oreillettes. La phase systolique se d´eroule en 300 ms environ. Les deux instants de t´el´ediastole et de t´el´esystole indiquent respectivement le relˆachement et la contraction maximum du ventricule gauche. Le fonc- tionnement du muscle cardiaque est p´eriodique et totalement automatique dans le sens o`u il n’a besoin d’aucun stimulus externe. L’amplitude des mouvements impliqu´es lors des cycles cardiaques est constante. La Figure 2.4 illustre l’´evolution de quelques param`etres physiologiques du coeur au cours du cycle cardiaque, en particulier les courbes de pressions et de volumes des cavit´es au regard de l’´electrocardiogramme (ECG), signal ´electronique p´eriodique repr´esentant le cycle cardiaque.

La partie A de la Figure 2.4 correspond `a la variation du volume ventriculaire gauche au cours du cycle. Le volume d’´ejection systolique (VES) repr´esente le volume de sang

Fig. 2.4. Quelques param`etres physiologiques du coeur au cours du cycle cardiaque.

150 ml chez le sportif en plein effort. Il se calcule par une simple diff´erence entre le volume de sang dans le VG en fin de diastole avant ´ejection, ou volume t´el´ediastolique (VTD) et

le volume de sang dans le VG en fin de systole apr`es ´ejection, ou volume t´el´esystolique (VTS). De ces mesures, on peut ´egalement d´efinir le d´ebit cardiaque (DC) :

DC = VES∗ Fc (2.1)

o`u Fc repr´esente la fr´equence cardiaque. Une importance particuli`ere est g´en´eralement

port´ee `a la fraction d’´ejection (FE) exprim´ee en pourcentage :

VTD− VTS

VTD × 100%

(2.2) La FE du VG est normalement d’environ 65 % (ce qui signifie que 65% du sang qui

est contenu dans le VG en t´el´ediastole est ´eject´e). Un chiffre plus bas indique un mauvais fonctionnement du myocarde. Il s’agit donc d’un crit`ere global permettant de mesurer le degr´e de l’insuffisance cardiaque. Ces indicateurs sont tr`es utilis´es en routine clinique mais ils ne sont bas´es que sur deux ´etats extrˆemes du muscle cardiaque. L’´etude des d´eformations cardiaques sur l’ensemble du coeur et du cycle cardiaque doit permettre une identification plus pr´ecise des r´egions pathologiques [G¨otte 01].

L’ouverture et la fermeture de chacune des valves sont passives. Elles d´ependent de la diff´erence de pression de chaque cˆot´e des membranes vasculaires (Fig. 2.4, B et C). Lors de l’´ejection, la diff´erence de pression est assur´ee par la fonction m´ecanique du coeur, elle- mˆeme pilot´ee par la propagation d’une onde ´electrique de d´epolarisation dans les tissus

2.3. RAPPELS PHYSIOPATHOLOGIQUES 19

nodaux. L’activit´e ´electrique devient d`es lors un excellent indicateur de son ´etat `a un instant pr´ecis. Quand l’onde ´electrique traverse le coeur, une infime partie de ce courant se propage `a la surface du corps. En installant des ´electrodes aux poignets, aux chevilles et sur la peau du thorax, il est possible d’acqu´erir un signal ´electrique en temps r´eel. Cet examen est appel´e ECG (voir Fig. 2.4, E). La forme g´en´erale de l’ECG pr´esente un ensemble d’ondes caract´eristiques index´ees par des lettres et correspondant `a des phases bien d´etermin´ees. Ainsi, l’onde de d´epolarisation auriculaire porte la d´enomination P. La d´epolarisation ventriculaire recouvre les ondes appel´ees Q, R et S. Lorsqu’une onde a une amplitude ´egale ou sup´erieure `a 5 mm, la lettre la d´esignant est majuscule, sinon elle est minuscule. La d´eflexion n´egative d´ebutant une d´epolarisation ventriculaire porte la lettre Q. Celle ne d´ebutant pas par une d´epolarisation ventriculaire porte la lettre S. L’onde positive porte la lettre R. L’ECG est fondamental en cardiologie. Il permet au m´edecin de poser, par l’analyse de ce signal, des diagnostics pr´ecis (troubles du rythme, infarctus, p´ericardite, etc.), sans entraˆıner la moindre contrainte ou traumatisme pour le malade. L’ECG est, en effet, un examen indolore non invasif et sans aucune contre-indication. Une autre raison, plus adapt´ee `a notre contexte, consiste `a se servir de ce signal pour renseigner en temps r´eel les algorithmes de reconstruction d’images de la configuration du coeur : il permettra ainsi de d´eclencher des acquisitions ou de trier des informations en fonction de moments pr´ecis du cycle cardiaque.

La fermeture des valves est responsable de bruits caract´eristiques que l’on associe au coeur. Le premier bruit, appel´e B1, correspond `a la fermeture des valves mitrales et tricus pides et le second bruit, B2, correspond `a la fermeture des valves aortiques et pulmonaires (Fig. 2.4, D).