PHYSIOLOGIE DE LA CIRCULATION
I. Définitions, Introduction
La circulation (sanguine) : mouvement du sang dans les différents vaisseaux sous l’impulsion de la pompe cardiaque.
Pierre Flourens « Histoire de la découverte de la circulation du sang », 1857 Andrea Cesalpino (1519 – 1603), terme de « circulation », attribue le rôle au cœur, notion de mouvement perpétuel.
On peut la quantifier (débit sanguin, vol.temps-1) et la qualifier (laminaire, turbulente, continue ou intermittente, pulsatile ou constante…)
Fonction circulatoire : ensemble des phénomènes et processus coordonnées conduisant à la circulation. Exemple : la fonction pompe cardiaque, la fonction vasculaire, la rhéologie sanguine etc…
Système circulatoire : ensemble des éléments anatomiques et fonctionnels assurant la fonction circulatoire. Exemple : cœur, vaisseaux, sang etc…
Appareil circulatoire : Ensemble des organes, tissus et cellules impliqués dans le système circulatoire. Exemple : le myocarde, capillaires pulmonaires, les globules rouges etc….
A quoi sert la circulation ? Rôle de la circulation :
- Mobiliser le sang - Permettre le transport
o O2 et nutriment pour les tissus et cellules
o CO2 et produits du métabolisme pour les organes épurateurs (reins, foie …) La circulation est vitale (t < 3min). Elle est l’objectif de la fonction circulatoire qui est assurée par les actions du système circulatoire reposant sur l’activité de l’appareil circulatoire, comprenant essentiellement :
- Le cœur = pompe - Le sang = fluide porteur
- Les vaisseaux = réseau de conduction - Le système de régulation
Système digestif Système urinaire
Le système circulatoire a pour but d’acheminer le sang vers l’ensemble des cellules pour amener les nutriments et l’oxygène.
Les nutriments vont être captés au travers du système digestif, à l’occasion de l’assimilation des nutriments du bol alimentaire, qui va permettre de mettre dans le sang les substrats énergétiques.
Mais, il faut aussi de l’oxygène donc une partie du sang va aller dans les poumons pour capter l’oxygène de l’environnement et, l’ensemble de ceci va être amené à nos cellules.
On a 2 circulations : une vers les poumons et l’autre a destiné des autres organes.
La circulation pulmonaire (petite circulation ou circulation à basse pression) : c’est la circulation qui s’opère du ventricule droit jusqu’aux poumons. On l’a mise en bleu car le sang à l’intérieur est peu oxygéné.
La circulation systémique (grande circulation ou circulation à basse pression) : les cavités cardiaques vont se contracter et envoyer du sang oxygéné aux cellules de l’organisme. On l’a mise en rouge car le sang à l’intérieur est bien oxygéné.
Que ce soit au niveau de la petite ou de la grande circulation, les échanges de gaz et de nutriments vont se faire avec les cellules au niveau de structures particulières : les capillaires (pulmonaires ou systémiques).
II. Le cœur
C’est une vraie « bête de compétition » ayant une fonction de pompe. C’est un moteur bien huilé :
- Taille : 12 cm - Poids : 300 g
- Fréquence : 60 à 80 bpm - Endurance : 100.000 bpj
- Robustesse : 60 bpm x 70 ans = 2,4.109 bat - Volume d’éjection : 80 mL/batt
Débit : 8000 L/J
C’est un organe unique. Il est vital, s’il défaille cela engendre des pathologies voire la mort.
Il est autonome mais, régulé par le SNA.
C’est un organe précieux et hautement spécialisé, il est composé essentiellement : 1) Du muscle strié cardiaque : fonction contractile
2) De tissu fibreux : fonction structurelle
3) De tissu électrogénique : autonomie contractile
A) Anatomie
Le cœur est localisé dans le tronc est plus précisément dans le thorax et dans le médiastin. Il est posé sur le diaphragme et se projette entre la 2ème côte et la 5ème EIC.
Sa géométrie est celle d’une pyramide avec une orientation allant de la clavicule droite à la hanche gauche.
Insertion aux gros vaisseaux et anatomie superficielle On retrouve comme gros vaisseaux :
L’aorte (1), l’artère pulmonaire (2) et la veine cave supérieure (3)
La pointe/base du cœur se nomme l’apex et, la membrane qui l’enveloppe le péricarde.
Sous le péricarde, on trouve la zone musculaire du cœur (rose), de la graisse péricardiaque (jaune) et les artères et veines coronaires. Sur le second schéma apparaît 2 auricules (en violet) : ce sont des reliquats embryonnaires.
Les vaisseaux cardiaques : la circulation coronaire
Par rapport au schéma précédent, on a coupé une partie de l’artère pulmonaire pour mettre à jour un vaisseau qui se trouve derrière et qui n’est pas visible ici.
A la racine même de l’aorte partent, a destiné du cœur les artères coronaires qui vont pouvoir ceinturer le cœur. On en trouve 2 : l’artère coronaire droite et gauche.
La paroi cardiaque : péricarde, myocarde, endocarde
On trouve dans l’ordre (extérieur vers intérieur soit de la gauche vers la droite) :
- Le péricarde : composé du péricarde fibreux et du péricarde séreux (membrane à 2 feuillets).
- Le feuillet pariétal accolé à la paroi
- Le feuillet viscéral accolé aux viscères/à l’organe - La graisse et les vaisseaux
- Le muscle cardiaque avec l’endocarde qui est au contact de la cavité cardiaque. Fait l’interface entre le sang et le muscle
Structure interne : les cavités cardiaques, les valves, chambres de remplissage et d’éjection
Organe creux composé de plusieurs cavités. On peut distinguer le cœur droit (gris claire) du cœur gauche (gris foncé). Le cœur droit est associé à la mobilisation du sang désoxygéné. Le cœur gauche est associé à la mobilisation du sang oxygéné. Chaque cœur est divisé en 2
parties anatomiques distinctes : l’une supérieure →l’oreillette ; et l’autre inférieure → le ventricule.
Les oreillettes sont des cavités de remplissage et les ventricules sont des cavités d’éjection.
Le cœur droit et le cœur gauche sont séparés surtout au niveau des ventricules par le septum interventriculaire. De plus le ventricule gauche est 2 fois plus épais que le ventricule droit.
Flux sanguin :
Le sang désoxygéné va aboucher dans la cavité de réception qui est l’oreillette droite, qui va pouvoir passer dans le ventricule droit en franchissant
la valve atrioventriculaire droite. A l’occasion d’une contraction du ventricule droit le sang va pouvoir être éjecté vers les artères pulmonaires et être envoyé aux poumons.
Une fois oxygéné, ce sang va pouvoir regagner les cavités cardiaques grâces aux veines pulmonaires. Il va passer par l’oreillette gauche qui est une zone de remplissage et va arriver au ventricule gauche où il va être éjecté. Il va passer dans l’aorte et va être distribuer aux différentes cellules de l’organisme.
La fonction pompe du cœur est assurée par la contraction cardiaque : - Physiologique :
o Phénomène autonome mais régulé
o Phénomènes électriques, biochimiques et mécaniques - Anatomique :
o Micro : raccourcissement des cellules myocardiques o Macro : raccourcissement dans les 3D de l’espace - Géométrique :
o Diminution du volume cardiaque
o Diminution du volume des chambres d’éjection - Physique :
o Augmentation de la pression intracardiaque o Génération d’un gradient de pression o Génération de la force motrice B) L’automatisme cardiaque
La contraction cardiaque est autonome. Elle fait intervenir des phénomènes électriques, mécaniques et biochimiques. Les phénomènes électriques sont à l’origine de la contraction.
Il y a donc des phénomènes électriques dans le cœur.
Il existe un automatisme cardiaque qui est dû à un automatisme électrique cardiaque. Cet automatisme se fait grâce à un tissu : le tissu électrogénique. Ce tissu électrogénique est disséminé dans le cœur et est représenté en couleur sur le schéma. On appelle parfois ce tissu le tissu nodal car il est structuré en nœud.
Ce tissu électrogénique comprend : - Le nœud sinusal (bleu)
- Les 3 faisceaux inter-nodaux (vert – jaune) - Le faisceau de His (orange)
- Le réseau de Purkinje (rouge)
L’automatisme cardiaque du fait des propriétés électrogéniques du tissu nodal né dans le nœud sinusale → C’est le début du phénomène électrique cardiaque.
Ce phénomène va diffuser dans l’ensemble des oreillettes et va arriver au niveau du nœud atrio-ventriculaire et va très fortement ralentir la conduction électrique. Par contre, au niveau du faisceau de His, le tissu a une forte vitesse de conduction et va amener le phénomène électrique à l’apex où va naître le phénomène électrique ventriculaire.
Cette activité est intracardiaque.
Si on met des électrodes à l’extérieur, on va pouvoir mesurer ce phénomène électrique : c’est l’électrocardiogramme.
L’automatisme cardiaque = automatisme électrique. C’est un phénomène cyclique, cycle électrique : P, QRS, T
Cycles électriques cardiaque au cours du temps : ECG
C) Le couplage excitation – contraction
C’est l’ensemble des phénomènes biochimiques qui vont transformer le phénomène électrique (excitation) en phénomène mécanique (contraction). C’est le couplage excitation- contraction.
A partir du moment ou né le phénomène électrique, en noir, (c’est un potentiel d’action), quelques millisecondes plus tard, survient un phénomène mécanique, en rouge, c’est la force développée par les cellules qui se contractent). Au phénomène électrique succède un phénomène mécanique.
Tous ces phénomènes biochimiques, électriques et mécaniques tournent autour de la concentration calcique intracellulaire au niveau cardiaque.
D) La contraction cardiaque
C’est un phénomène microscopique au niveau cellulaire. Les conséquences mécaniques sont aussi macroscopiques. Du fait, de l’orientation des cellules dans le tissu cardiaque, il va y avoir des mouvements/déformations cardiaques particulières. Et plus spécifiquement, selon que l’on s’intéresse aux cellules cardiaques de l’endocarde, du myocarde intermédiaire ou de l’épicarde, les cellules sont disposées de façon différente (longitudinal, radial et circonférentiel). La déformation cardiaque induite par la contraction de chacune de ces cellules va aboutir à une déformation de type raccourcissement selon un axe longitudinal, un axe radial et des axes circonférentiels. Dans sa globalité, il va connaître des déformations dans
les 3 dimensions de l’espace. La combinaison de ces 3 déformations est à l’origine d’une certaine efficacité mécanique afin de propulser le sang contenu dans les cavités ventriculaires vers les gros vaisseaux.
E) Le cycle cardiaque
Le cœur a un fonctionnement cyclique, ou pseudopériodique.
A chaque cycle électrique correspond à un cycle mécanique appelé aussi cycle contraction.
Il possède 2 phases :
- Systole : phase pendant laquelle le cœur va se contracter = éjection ventriculaire - Diastole : relaxation musculaire = remplissage des cavités cardiaques
On l’appelle aussi cycle systole-diastole
Ce cycle concerne les 4 cavités cardiaques. D’abord les oreillettes puis les ventricules. Par contre, il y a un synchronisme droite-gauche qui est nécessaire au bon fonctionnement cardiaque.
Ceci va permettre la mobilisation du sang selon un gradient de pression.
La systole comprend 2 composantes :
Isovolumique, qui veut dire à même volume : le cœur va se contracter et son volume ne va pas varier. Le sang va être comprimé et donc la pression va augmenter. Dès lors que la pression va dépasser celle en aval, le gradient de pression va être favorable à un déplacement du sang spontanément de la cavité cardiaque vers le début de l’aorte : c’est la phase éjectionnelle.
La diastole comprend aussi 2 composantes :
Isolvolumique : relaxation du muscle cardiaque et donc dilatation des cavités, volume intracardiaque constant et diminution de la pression. Cette faible pression va favoriser le remplissage des cavités cardiaque : c’est donc la phase de remplissage.
F) Le couplage cardio-aortique
Pour que le cycle cardiaque est lieu correctement, il va falloir une adaptation entre les états du cœur et les vaisseaux du cœur : c’est l’état de couplage cardio-aortique.
Il est intéressant de observées au cours du temps, la pression intra-aortique. A l'occasion de 3 cycles cardiaques, 3 contractions cardiaques aboutissent ici à 3 augmentations de pression artérielle.
On peut décrire la courbe : quand on part de la pression artérielle diastolique (DBP), en fin de diastole quand le cœur est complètement relâché, la pression est au plus bas (que ce soit dans les cavités cardiaques et surtout dans l'aorte).
A l'occasion de la contraction il va y avoir donc une éjection sanguine qui va induire une augmentation pression. Cette pression monte jusqu’à un certain un maximum qu'on appelle la pression artérielle systolique, c'est-à-dire la pression artérielle à l'occasion de la systole.
Ensuite, le cœur va à nouveau se relâcher la pression va donc décroitre régulièrement et spontanément. Sauf que cette décroissance va se faire en 2 phases et on va avoir l'apparition de l’incisure dicrote, cela correspond aux valvules aortiques qui vont se fermer.
Vu que les valvules aortiques se ferment, il va y avoir une réflexion de l’onde de pression.
Ce qu'il faut retenir : La pression la plus basse ça s'appelle la pression artérielle diastolique qui a lieu en fin de diastole.
La pression la plus élevé est la pression artérielle systolique et que celle-ci a lieu en fin de systole.
La décroissance de l'une à l'autre donc en l'occurrence de la systolique vers la diastolique se fait en 2 phases selon quelque chose qui est bi phasique avec la notion d'incisure dicrote et d’onde catacrote.
Ça c'est ce qui se passe en termes de pression dans l'aorte et qui se répète à chaque cycle cardiaque
Cette onde de pression à une certaine forme dans l'aorte et, on peut la mesurer à différents endroits. La forme va se déformer parce que les propriétés mécaniques de l’aorte ne sont pas les mêmes que les autres artères mais globalement ça nous donne une idée de la pulsatilité de la circulation sanguine.
L’écoulement du sang ne se fait pas de façon constante et permanente elle se fait de façon permanente et pulsatile.
G) Le débit cardiaque
On peut quantifier et qualifier la circulation.
Le débit cardiaque c’est le volume de sang éjecté par unité de temps (mL/min ou L/min)
𝑸̇ = VES.FC
VES : Volume d’éjection systolique (mL ou L) FC : Fréquence cardiaque (bpm)
Le débit cardiaque est d’environ 5L/min chez un adulte moyen. Et, il s’adapte aux besoins de l’organisme (il n’est pas constant), il augmente avec :
- La température - L’altitude - Les émotions
- L’absorption des aliments
- Et, surtout avec l’activité physique
Il ne s’agit pas en tant que tel d’une variable homéostatique.
H) La modulation du débit cardiaque
Ce débit cardiaque peut être modulé et comme beaucoup de fonction physiologique, il peut être modulé selon différentes modalités. Elles peuvent être neurogène, humorale et hormonale.
Neurogène : les modalités sont sous tendues par l'activation du système nerveux et en l'occurrence ici du système nerveux dit autonome (synonyme végétatif). Selon différents acteurs du SNA : les oscillateurs biologiques, les centres nerveux et les réflexes neurogènes circulatoires.
Humorale : sécrétion locale par des cellules de substances qui vont avoir une action localisée dont les cellules cardiaques et éventuellement les cellules sanguines. Elles sont capables de sécréter des substances qui vont avoir un effet local.
Hormonale : hormones qui sont sécrétées par des glandes endocrines et qui vont pouvoir agir à distance en l'occurrence au niveau du corps.
III. Les vaisseaux sanguins
A) Anatomie
C’est, en gros, un vaste réseau de tuyaux ayant un système de conduction et une structure fractale.
Dans les vaisseaux sanguins, on distingue 4 compartiments - Les artères
o Système à haute pression o Paroi épaisse
o Imperméable et relève d’un rôle de conduction - Les veines
o Compartiment à basse pression o Paroi fine
o Imperméable et relève d’un rôle de conduction - Les capillaires systémiques
o Système à très basse pression o Paroi très fine
o Perméable, zone d’échange tissulaire systémique
- Les capillaires pulmonaires
o Système à très très basse pression o Paroi très fine
o Perméable, zone d’échange pulmonaire B) Histologie
Les vaisseaux sanguins sont composés de 3 couches :
- L’adventice : tunique externe constitué de tissu conjonctif ayant des terminaisons nerveuses du SNA - La media : fibres musculaires lisses et fibres élastiques.
Elle confère aux vaisseaux ses propriétés de contractilité et/ou d’élasticité
- L’intima : tissu conjonctif (membrane basale) et l’endothélium vasculaire (contact avec le sang)
Les artères :
- Diamètre allant de quelque cm à 30 𝜇m, média épaisse - Plutôt élastique = artères de conduction
- Plutôt musculaire = artères de distribution
Les artérioles :
- Diamètre compris entre 10 et 30 𝜇m, média épaisse très musculaire - Rôle de régulation du débit sanguin local, résistance
- Innervation par le SNA
Les capillaires :
- Diamètre < 10 𝜇m, épaisseur = 1 𝜇m
- Que l’intima, pas de média, pas d’adventice
- Capillaires continus = peu perméables aux protéines
- Capillaires fenêtrés (endothélium poreux) et discontinus (endothélium et la membrane basale poreux)
- Innervation absente
Le système artériel se divisent devient artériolaire et puis, les artérioles terminales donnent naissance au réseau capillaire.
L’artériole terminale va donner naissance à une dernière division, que l'on appelle la métartériole qui, ensuite au niveau des échanges va se transformer au niveau veineux en son équivalent veineux : le canal de passage.
Le canal de passage est la composante veineuse centrale de notre lit capillaire qui va se jeter ensuite dans une veinule post-capillaire.
C’est l’artériole terminale qui alimente la métartériole, le canal de passage récupère le sang veineux du lit vasculaire et va se constituer la veinule post-capillaire.
Entre la métartériole et le canal de passage vont naître un ensemble de division vasculaire que l'on appelle le lit capillaire. Mais, à chaque division, il y a des sphincters pré-capillaire, ce sont des structures musculaires lisses qui vont être capables de se contracter et donc de fermer tout ce qu'il y a en aval ou, de se relâcher pour permettre au sang de circuler.
Les veines :
- Plus grand diamètre, plus aplaties et plus fines - Retour du sang
- Basse pression, faible vitesse de circulation - Parallèles aux artères
- Veinules post-capillaires, veinules, veines périphériques, veines caves, OD - Veines périphériques = valve anti-retour
- Rôle de réservoir (contient 75% du volume sanguin)
IV. Le sang
Définition de l’académie française : Substance liquide visqueuse, composée de globules rouges, de globules blancs et de plaquettes baignant dans le plasma, qui circule dans le système vasculaire de l’homme et des animaux.
L’hémoglobine donne une couleur rouge au sang des vertébrés. La circulation du sang s’effectue grâce aux contractions du muscle cardiaque. Le sang assure le transport des gaz, des substances nutritives et des éléments qui participent à la défense de l’organisme.
Il s’agit d’un tissu liquide normalement contenu dans les vaisseaux sanguins. Il représente un volume d’environ 5L.
A) Composition
Globules rouges
Plasma Globules blancs
Plaquette
45%
Leucocytes = Globules blancs Thrombocytes = Plaquettes Érythrocytes = Globules rouges
B) Rôles du sang
Le sang à plusieurs rôles : - Rôle de transport
o Gaz respiratoires (O2, CO2)
o Nutriments (eau, ions, glucides, lipides, protides, vitamines) o Informations (hormones et substances apparentées)
o Produit du métabolisme cellulaire o GB, plaquettes
o Chaleur - Rôle dans l’immunité - Rôle dans la coagulation C) Rhéologie
