Le cœur, organe vital par excellence, assure la circulation sanguine grâce à un mécanisme complexe et finement régulé : la contraction cardiaque. Comprendre ce processus est essentiel pour appréhender le fonctionnement normal du corps humain et les pathologies qui peuvent l'affecter.
Le Myocarde : Moteur de la Contraction
Le myocarde est le tissu contractile qui constitue la majeure partie du cœur. Il est formé de cellules, ou fibres, regroupées en faisceaux. Bien que chaque cellule soit entourée d'une membrane, l'excitation se propage facilement de l'une à l'autre, faisant du myocarde un syncytium fonctionnel.
La contraction, ou systole cardiaque, correspond au raccourcissement synchronisé des cellules myocardiques. Ce phénomène est dû à l'interpénétration, à l'intérieur des cellules, de myofilaments protéiques organisés en myofibrilles.
Déclenchement et Propagation de l'Excitation
Contrairement aux muscles striés, la contraction du cœur des mammifères n'est pas initiée par une commande nerveuse directe. Elle est déclenchée par des potentiels d'action qui apparaissent spontanément et rythmiquement dans le tissu nodal.
Ce tissu nodal, composé de cellules regroupées en amas ou nœuds (de Keith et Flack, de Tawara), assure la stimulation physiologique qui entretient l'automatisme fonctionnel du cœur. La stimulation se propage ensuite à l'ensemble du myocarde via un tissu conducteur spécialisé : le faisceau de His et le réseau de Purkinje.
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Le Potentiel d'Action Cardiaque
Le potentiel d'action cardiaque résulte d'une inversion temporaire de la polarisation membranaire de repos (polarisation diastolique). Cette onde de dépolarisation se caractérise par sa longue durée, de plusieurs centaines de millisecondes, comparativement aux nerfs et aux muscles squelettiques.
La dépolarisation membranaire entraîne la contraction myofibrillaire. Les ions calcium jouent un rôle essentiel dans cette succession d'événements, appelée couplage excitation-contraction. C'est le calcium entrant dans la cellule par les canaux calciques de type L et libéré par le réticulum sarcoplasmique lors du potentiel d'action qui déclenche la contraction. Lors de la relaxation, le calcium est repompé par la Ca2+-ATPase du réticulum sarcoplasmique et sort de la cellule par l'échangeur sodium-calcium.
Rôle du Système Nerveux Autonome
Les fibres nerveuses afférentes, sympathiques et parasympathiques, ne participent pas directement à l'excitation du myocarde. Elles se distribuent entre les cellules cardiaques, principalement dans la région auriculaire, et libèrent des médiateurs chimiques (adrénaline et acétylcholine). Ces médiateurs modifient le rythme du tissu automatique nodal et l'activité du tissu myocardique. Le système nerveux parasympathique est le système extrinsèque prépondérant. Au repos, le cœur bat au rythme de 60 à 100 battements par minute chez les adultes et les enfants, et de 90 à 120 battements par minute chez un nourrisson. L'activité des systèmes nerveux parasympathique et sympathique permet d'adapter le rythme cardiaque aux besoins de l'organisme.
Métabolisme Cardiaque et Énergie
Le travail du cœur consomme la majeure partie de l'énergie produite par le métabolisme cardiaque. Chez les mammifères, ce métabolisme est aérobie, ce qui signifie que l'anoxie (manque d'oxygène) entraîne une disparition rapide des contractions cardiaques. Le cœur peut consommer divers substrats, glucides ou lipides, ce qui rend son métabolisme adaptable.
Évaluation de la Contraction Cardiaque
La contraction du muscle cardiaque isolé est étudiée par la relation liant force de contraction, vitesse de la contraction et longueur instantanée, ce qui définit, dans un espace tridimensionnel, une surface indépendante du temps représentant la contractilité qui peut être évaluée par un index (Vmax). Sur le cœur entier, la fonction ventriculaire peut être évaluée par la relation pression-volume télésystolique qui est théoriquement indépendante du remplissage ventriculaire et prend en compte la postcharge. L’échocardiographie doppler permet de mesurer la taille des cavités cardiaques et l’épaisseur du muscle. Elle évalue également la capacité de remplissage et la contraction du ventricule gauche, chargé de propulser le sang vers l’organisme.
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Régulation de la Contraction
La contraction est régulée par des mécanismes intrinsèques et extrinsèques (hormonaux et médicamenteux). Le principal mécanisme intrinsèque est représenté par la loi de Starling (augmentation de la contraction induite par une dilatation cardiaque). Il est dû à l'allongement des sarcomères et à une augmentation du niveau d'activation. Les catécholamines sont les hormones régulatrices principales. Au niveau cellulaire, elles agissent sur un complexe étroitement couplé associant le récepteur β-adrénergique, la protéine Gs et l'adénylate cyclase qui produit l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) qui active la protéine kinase A.
Troubles du Rythme Cardiaque (Arythmies)
Les troubles du rythme du cœur, ou arythmies cardiaques, se caractérisent par des battements irréguliers, trop lents ou trop rapides, sans cause physiologique évidente. Ils peuvent être occasionnels ou fréquents, de courte ou longue durée, et sont plus fréquents chez les personnes âgées.
L'électrocardiogramme (ECG) est une représentation graphique de l'activité électrique du cœur. Le tracé présente plusieurs "ondes". L'ECG permet de vérifier que l’influx prend bien naissance dans le nœud sinusal : le rythme cardiaque est alors dit sinusal, c’est-à-dire normal, et que la distribution de cet influx dans le cœur s’effectue selon une séquence rigoureusement ordonnée. Il permet de comparer le tracé actuel avec un tracé ancien du même patient, par exemple plusieurs années que si elle est récente.
Conséquences des Arythmies
Les arythmies peuvent entraîner des complications cardiaques, comme l'insuffisance cardiaque, et des complications vasculaires, telles que les accidents vasculaires cérébraux (AVC) ou les embolies pulmonaires.
Symptômes des Arythmies
Dans la plupart des cas, les troubles du rythme cardiaque ne provoquent pas de symptômes perceptibles. Lorsqu’ils sont ressentis, ils se traduisent par une sensation de coups dans la poitrine ou d’emballement du cœur, voire de malaise avec sueurs soudaines et pâleur, pouvant aller jusqu’à une perte de connaissance temporaire, la syncope.
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Insuffisance Cardiaque : Quand la Contraction est Compromise
L'insuffisance cardiaque se caractérise par l'incapacité du cœur à drainer et pomper normalement le sang, entraînant une mauvaise oxygénation des organes et une accumulation de liquides (œdèmes). Elle est souvent liée à l'âge et peut être due à une perte de force musculaire et de capacité de contraction du cœur. Lorsque le cœur perd une partie de sa force musculaire et sa capacité de contraction normale, on parle d’insuffisance cardiaque. Il ne pompe plus suffisamment de sang et l’organisme ne reçoit donc pas l’oxygène dont il a besoin. Le ralentissement de la circulation sanguine entraine une accumulation de sang dans les vaisseaux augmentant la pression sur leurs parois. L’augmentation de la pression du sang dans les vaisseaux pulmonaires empêche le bon fonctionnement des poumons. Enfin, l’insuffisance cardiaque engendre aussi une rétention d’eau et de sel en raison d’une moindre activité des reins ce qui peut se traduire par une prise de poids rapide et inexpliquée.
Des marqueurs dans le sang (BNP/NT-proBNP), permettent de déterminer si l’aggravation de la fatigue ou l’essoufflement sont dus à une insuffisance cardiaque ou non. Le BNP/NT-proBNP est libéré dans le cœur en réponse aux augmentations de pression à l’intérieur du cœur.
Impact de l'Insuffisance Cardiaque
L'insuffisance cardiaque provoque de nombreuses difficultés au quotidien, altérant fortement la qualité de vie des patients.
Pathologies du Myocarde
Les troubles du métabolisme et de la vascularisation du muscle cardiaque sont les principaux responsables de la pathologie du myocarde. La maladie coronaire ou ischémie du myocarde par athérosclérose coronaire est une manifestation fréquente. Les recherches cliniques et étiologiques continuent d'élucider les problèmes complexes posés par ces maladies.
Médicaments Cardio-actifs
Les médicaments antiangoreux s'opposent à la crise d'angor, ou angine de poitrine ou coronarite. Les médicaments antiarythmiques préviennent ou réduisent les troubles du rythme cardiaque. Les médicaments principaux qui modifient directement la contraction sont les médicaments qui agissent sur les récepteurs adrénergiques et leurs voies de signalisation ainsi que les antagonistes des canaux calciques et les digitaliques qui bloquent la sodium-potassium ATPase. De nombreux agents thérapeutiques dont les inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine agissent essentiellement en périphérie.
Anatomie Cardiaque : Un Aperçu
Le cœur est situé dans le médiastin et repose sur la face supérieure du diaphragme, au niveau du 5ième espace intercostale. Il n'est pas symétrique, les 2/3 de sa masse étant situés à gauche. Le péricarde protège le cœur et l'amarre au diaphragme et aux vaisseaux. Vu en coupe, le cœur se compose de 4 cavités, couplées deux par deux, qui forment le cœur droit et le cœur gauche, soit 2 pompes juxtaposées et synchronisées. Chacun des deux cœurs est constitué d’une petite cavité, l’oreillette, ayant un rôle de réception du sang. Le cœur droit comprend l’oreillette droite, placée au dessus du ventricule droit. Entre les deux se trouve la valvule tricuspide (à trois feuillets). Le cœur gauche est constitué par l’oreillette gauche qui surmonte le ventricule gauche. Entre les deux se situe la valvule mitrale (en forme de mitre d’évêque renversée).
Circulation Sanguine
En amont, le sang rouge, revenu des poumons où il s’est oxygéné, se déverse dans l’oreillette gauche en empruntant les veines pulmonaires, avant de passer dans le ventricule gauche à travers la valvule mitrale ouverte. Le cœur droit reçoit le sang provenant de la grande circulation (veines caves supérieure et inférieure) et de la circulation coronaire (sang provenant du myocarde). Les ventricules constituent la quasi-totalité de la masse du cœur. Le cœur est équipé de 4 valves anti-retour. Le débit cardiaque est le volume de sang pompé par le cœur par unité de temps (1 minute). L'augmentation du débit cardiaque augmente le débit cardiaque. Le volume d'éjection systolique est le volume de sang éjecté par le ventricule lors d'une contraction (en ml par battement).
Automatisme Cardiaque et Conduction
Le cœur possède un système de commande intégré, situé dans le noeud sinusal. Un système nerveux spécialisé permet de dépolariser le cœur des oreillettes aux ventricules. Le cœur est prêt pour environ 3 milliards de battements (soit environ 80 ans). L'onde de dépolarisation parcourt le septum inter-ventriculaire jusqu'à la pointe du coeur, avant que les ventricules ne commencent leur contraction.
Contraction et Performance
La contraction musculaire est affectée par la force qui lui est opposée. La relation force-vitesse décrit comment la vitesse de raccourcissement d'un muscle diminue lorsque la force de contraction augmente. La puissance musculaire, qui est le produit de la force et de la vitesse, est généralement associée à une puissance énergétique maximale.
Métabolisme Énergétique Musculaire
L'organisme utilise l'ATP (adénosine triphosphate) comme source d'énergie directement utilisable. L'ATP est reconstituée grâce à l'énergie provenant de l'oxydation des nutriments. Les besoins énergétiques sont assurés par l'ATP. Il existe plusieurs filières métaboliques, anaérobies et aérobies, qui contribuent à la production d'ATP. L'utilisation de l'ATP est immédiate.
Filières Anaérobies
Le premier processus évite la chute de la concentration d'ATP. L'apport énergétique de cette réaction reste encore mal connu. L'utilisation du glucose libre cellulaire ou sanguin (Glycolyse) est une autre filière anaérobie.
Filière Aérobie
La filière aérobie s'accomplit au niveau du cycle de Krebs dans les mitochondries.
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