Le cycle cardiaque est un processus dynamique et cyclique qui assure un débit pulsatile. Il est composé de deux phases principales : la systole, phase de contraction du myocarde, et la diastole, phase de relâchement. Ces phases se produisent à la fois dans les oreillettes (droite et gauche) et les ventricules (droit et gauche), de manière quasi-simultanée pour chaque paire. Cependant, l'activité auriculaire précède l'activité ventriculaire de quelques fractions de seconde. Parmi les différentes étapes du cycle cardiaque, la phase de contraction isovolumétrique joue un rôle crucial.
Définition du Cycle Cardiaque
L'activité cardiaque est périodique, caractérisée par la répétition d'événements mécaniques, électriques et métaboliques. Une période de ce cycle se divise en deux phases principales : la systole (contraction) et la diastole (relâchement) du muscle cardiaque. Ces phases existent dans le cœur droit et le cœur gauche, décalées de quelques millisecondes. Si la fréquence cardiaque est de 60 battements par minute, cela signifie qu'il y a 60 cycles cardiaques identiques chaque seconde.
Les Phases du Cycle Cardiaque
Le cycle cardiaque comprend plusieurs phases distinctes, incluant la systole auriculaire, la systole ventriculaire (avec la contraction isovolumétrique et l'éjection systolique), et la diastole ventriculaire (avec le remplissage ventriculaire).
La Systole Ventriculaire
La systole ventriculaire débute avec la contraction isovolumétrique, suivie de l'éjection systolique.
Contraction Isovolumétrique: Une Phase Clé
Juste après la fin de la dépolarisation auriculaire, l'onde de stimulation myocardique traverse le nœud auriculo-ventriculaire et se propage rapidement dans la masse ventriculaire, induisant sa dépolarisation et donc sa contraction. C'est le début de la systole ventriculaire. Le sang intraventriculaire est alors comprimé, entraînant une augmentation rapide de la pression intra-ventriculaire qui dépasse la pression auriculaire, ce qui ferme les valves auriculo-ventriculaires et empêche tout reflux.
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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 encore être éjecté dans l'aorte. Il faut un certain temps pour que la pression intraventriculaire gauche atteigne puis dépasse la pression aortique, permettant l'ouverture des sigmoïdes. Cette période, où le ventricule se contracte à volume constant, est appelée phase de contraction isovolumétrique.
Le début de la période de contraction iso-volumétrique est marqué par la fermeture de la valvule mitrale. La cavité du ventricule gauche est alors une cavité close car la valve aortique est également fermée. Le ventricule gauche se contracte puissamment, exerçant une forte pression sur le sang qu'il contient, ce qui augmente très rapidement la pression du sang.
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.
Éjection Systolique
L’éjection systolique débute lorsque la pression dans le ventricule dépasse celle dans l’aorte ou l’artère pulmonaire, ce qui permet 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 (environ 80 ml sur 120-150 mL, soit entre les deux-tiers et la moitié).
Le sang est éjecté dans l'aorte. La pression dans le ventricule gauche augmente rapidement puis plus lentement avant de commencer à diminuer. Il y a une réduction du diamètre transversal : toutes les parois du ventricule gauche se rapprochent du septum. Une phase plus lente permet d'évacuer le reste du sang éjecté dans l'aorte. Tout le sang dans le ventricule gauche n'est pas éjecté dans l'aorte : il en reste toujours dans le ventricule gauche.
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Au niveau de l'oreillette gauche, au début de l'éjection ventriculaire gauche (EVG), il y a une dépression qui est le creux x, due au fait que la valve mitrale se déplace vers la pointe (vers l'avant). Une fois que la dépression a eu lieu, cela crée un afflux de sang depuis les veines pulmonaires vers l'oreillette gauche. Il y a alors un remplissage progressif de l'oreillette gauche, une augmentation de pression représentée par l'onde v.
La Diastole Ventriculaire
La diastole ventriculaire comprend la phase de relaxation isovolumétrique et le remplissage ventriculaire.
Relaxation Isovolumétrique
Dès la fin de l'onde T (sur l'ECG), les ventricules se relâchent. La pression ventriculaire chute donc rapidement et devient inférieure à la pression dans les artères, ce qui provoque 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.
Remplissage Ventriculaire
Le remplissage ventriculaire est subdivisé en deux phases : le remplissage rapide et le 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.
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Le ventricule gauche se relâche musculairement, il y a un décrochage brutal de pression du ventricule gauche par rapport à l'aorte. Le sang dans l'aorte a tendance pendant un temps très court à revenir en arrière, il y a alors fermeture des valves aortiques. Les pressions de l'aorte et du ventricule gauche évoluent différemment l'une de l'autre. Lors de la chute de pression du ventricule gauche, celle de l'oreillette gauche devient égale et même supérieure à la pression du ventricule gauche. La valve mitrale s'ouvre, la pression de l'oreillette gauche dépassant celle du ventricule gauche.
Le sang peut remplir le ventricule gauche. Il n'y a aucune contraction musculaire pendant cette phase. Dans certaines maladies la contraction auriculaire (onde a) disparaît, on parle de fibrillation auriculaire. La fin du remplissage ventriculaire ne peut pas se faire. Beaucoup de sang a rempli le ventricule gauche, la pression dans le ventricule gauche est alors supérieure à celle dans l'oreillette gauche.
Courbes de Pression
Il existe 3 courbes de pression : auriculaire, ventriculaire et artérielle. Les courbes de pressions droites et gauches ont les mêmes formes, seules diffèrent les amplitudes. L’oreillette est une cavité à basse pression, tandis que le système artériel est un système clos à haute pression. Le ventricule transporte un volume sanguin de la cavité à basse pression vers le système à haute pression, où il le délivre, puis le niveau de pression ventriculaire revient vers le niveau de la cavité à basse pression.
La Relation Pression-Volume du Ventricule Gauche
La relation pression-volume du ventricule gauche peut être décrite par un diagramme en boucle, le volume étant représenté sur l’axe des x et la pression ventriculaire gauche sur l’axe des y.
En diastole, lorsque la valve mitrale s’ouvre, le sang s’écoule dans le ventricule gauche, entraînant une augmentation rapide du volume du ventricule gauche, mais seulement une faible augmentation de la pression du ventricule gauche. Cela s’explique par le fait que le ventricule gauche est capable de se détendre et de se dilater rapidement pendant la diastole. Le terme de compliance est utilisé pour décrire la capacité du ventricule gauche à se détendre pendant la diastole, un élément fondamental pour la fonction diastolique.
Le VDF (volume diastolique final) désigne le volume du ventricule gauche juste avant le début de la contraction. La pression ventriculaire gauche augmente au début de la contraction et, lorsque la pression ventriculaire gauche dépasse la pression auriculaire gauche, la valve mitrale se ferme. Lors de la fermeture de la valve mitrale, la pression ventriculaire gauche augmente rapidement alors que la valve aortique et la valve mitrale sont toutes deux fermées.
Lorsque la pression ventriculaire gauche dépasse la pression diastolique dans l’aorte, la valve aortique s’ouvre et le sang est éjecté dans l’aorte. Le volume du ventricule gauche diminue au fur et à mesure que le ventricule se contracte et pompe le sang dans l’aorte. Lorsque la pression maximale est atteinte, le ventricule se relâche, ce qui entraîne une diminution de la pression ventriculaire gauche.
Le VES (volume systolique final) est défini comme le volume du ventricule gauche à la fermeture de la valve aortique. À la fermeture de la valve aortique, le ventricule se détend et la pression chute rapidement, sans changement significatif du volume. Cette phase est appelée relaxation isovolumétrique (IVR). Le volume systolique (SV) est défini comme la différence entre le VES et le VDE, ce qui équivaut à la largeur de la boucle pression-volume.
La courbe EDPVR (End-Diastolic Pressure-Volume Relationship) montre la relation entre le VES et le volume ventriculaire gauche et montre que le ventricule gauche peut supporter de fortes augmentations de pression, mais qu’à partir d’un certain seuil, la pression augmente rapidement lorsque le volume augmente encore, en raison d'une limite supérieure pour la compliance ventriculaire. L’ESPVR (End-Systolic Pressure-Volume Relationship) montre comment la pression maximale varie en fonction du volume. Plus le VED est faible, plus la pression maximale générée est faible et plus le volume systolique est faible.
Facteurs Influant sur la Fonction Cardiaque
Plusieurs facteurs influencent la fonction cardiaque, y compris le volume d'éjection systolique, la précharge, la postcharge et la contractilité.
Volume d'Éjection Systolique
L’échocardiographie bidimensionnelle (2D) et tridimensionnelle (3D) permet de calculer le volume de l’AVC. L’inconvénient du volume systolique en tant que mesure de la fonction ventriculaire gauche est qu’il ne tient pas compte de la capacité du ventricule à générer de la pression. En outre, le volume d’éjection systolique ne tient pas compte de la capacité du ventricule à se raccourcir.
Le volume d’éjection systolique est plus important en position couchée qu’en position debout, car le retour veineux augmente en position couchée, ce qui entraîne une augmentation du remplissage ventriculaire (VED). Le ventricule gauche réagit à l’augmentation du VED en augmentant automatiquement le volume d’éjection. Il s’ensuit que le cœur peut adapter ses volumes d’éjection systolique aux variations du remplissage du ventricule gauche.
Précharge
La précharge est la force qui étire les fibres myocardiques pendant la diastole. L’étirement peut être décrit par la pression de fin de diastole, le volume de fin de diastole ou le diamètre de fin de diastole. La réserve de précharge est un paramètre important qui indique la réserve de précharge. Un ventricule ayant une grande réserve de précharge peut recevoir un plus grand volume de sang (c’est-à-dire augmenter sa PVDL). En position debout, tous les individus en bonne santé ont une grande réserve de précharge, qui devient utile pendant l’activité physique. En revanche, en position couchée, la réserve de précharge est faible.
Frank et Starling ont découvert qu’une augmentation de la pression diastolique finale du ventricule gauche (PDVG) entraîne des contractions plus fortes et des volumes d’éjection plus importants. Ce mécanisme est indépendant des stimuli neurohumoraux, bien que de tels stimuli puissent ajuster l’intensité du mécanisme. Un mécanisme cellulaire assez simple semble expliquer le mécanisme de Frank-Starling : lorsque le remplissage ventriculaire augmente, les fibres myocardiques et leurs sarcomères sont étirés.
Postcharge
La postcharge est la force que le myocarde génère pendant la systole. La postcharge peut également être décrite en termes de tension de paroi, ce qui signifie que la force est ajustée à la surface. La postcharge dépend de l’épaisseur du myocarde. La tension de paroi est la force appliquée à la paroi du ventricule. La pression transmurale (p) est la pression dans le ventricule gauche.
Contractilité
La contractilité décrit la capacité intrinsèque du myocarde à se contracter, indépendamment de la précharge et de la postcharge. La contractilité est la capacité des fibres musculaires individuelles à se raccourcir. La fonction contractile décrit la capacité du myocarde, dans un état hémodynamique donné (à certaines conditions de précharge et de postcharge).
Variations du Volume Ventriculaire
Il existe un résidu : le volume du ventricule gauche n'est jamais à 0. Au repos, son volume varie entre 50 et 130 mL. Le ventricule gauche pendant la phase de contraction est rempli de sang : le volume ne varie pas (phase iso-volumétrique). La cavité est fermée. Puis, il y a l'ouverture des valves aortiques, c'est le début de l'EVG. Le sang passe pour 60% dans l'aorte : le volume diminue rapidement puis plus lentement. Lors du début de la phase de relaxation iso-volumétrique, le volume ne change pas.
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