SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE: PHYSIOLOGIE, FONCTIONS DES ORGANES, HISTOLOGIE - ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE - 2025

Le système cardiovasculaire est un ensemble complexe de vaisseaux sanguins qui transportent des substances entre les cellules et le sang, et entre le sang et l'environnement. Ses composants sont le cœur, les vaisseaux sanguins et le sang.

Les fonctions du système cardiovasculaire sont les suivantes: 1) distribuer l'oxygène et les nutriments aux tissus du corps; 2) transporter le dioxyde de carbone et les déchets métaboliques des tissus vers les poumons et les organes excréteurs; 3) contribuer au fonctionnement du système immunitaire et à la thermorégulation.

Source: Edoarado

Le cœur agit comme deux pompes, une pour la circulation pulmonaire et une pour la systémique. Les deux circulations nécessitent que les cavités cardiaques se contractent de manière ordonnée, déplaçant le sang unidirectionnellement.

La circulation pulmonaire est le flux sanguin entre les poumons et le cœur. Il permet l'échange des gaz du sang et des alvéoles pulmonaires. La circulation systémique est le flux sanguin entre le cœur et le reste du corps, à l'exclusion des poumons. Il implique les vaisseaux sanguins à l'intérieur et à l'extérieur des organes.

L'étude des cardiopathies congénitales a permis de grandes avancées dans la compréhension de l'anatomie du cœur chez le nouveau-né et l'adulte, et des gènes ou chromosomes impliqués dans les malformations congénitales.

Un grand nombre de maladies cardiaques acquises au cours de la vie dépendent de facteurs tels que l'âge, le sexe ou les antécédents familiaux. Une alimentation saine, de l'exercice physique et des médicaments peuvent prévenir ou contrôler ces maladies.

Un diagnostic fiable des maladies du système circulatoire a été rendu possible grâce aux progrès technologiques en imagerie. De même, les progrès de la chirurgie ont permis de remédier à la plupart des malformations congénitales et à de nombreuses maladies non congénitales.

Anatomie et histologie du cœur

Appareils photo

Le cœur a un côté gauche et un côté droit fonctionnellement différents. Chaque côté de la est divisé en deux chambres, une supérieure appelée oreillette et une inférieure appelée ventricule. Les deux chambres sont constituées principalement d'un type spécial de muscle appelé le cardiaque.

Les oreillettes, ou chambres supérieures, sont séparées par le septum interauriculaire. Les ventricules, ou chambres inférieures, sont séparés par le septum interventriculaire. La paroi de l'oreillette droite est mince et trois veines déversent du sang à l'intérieur: la veine cave supérieure et inférieure et le sinus coronaire. Ce sang vient du corps.

Parties du cœur. Source: Diagram_of_the_human_heart_ (rogné) _pt.svg: Rhcastilhosderivative work: Ortisa

La paroi de l'oreillette gauche est trois fois plus épaisse que celle de droite. Quatre veines pulmonaires déchargent le sang oxygéné dans l'oreillette gauche. Ce sang provient des poumons.

Les parois des ventricules, en particulier la gauche, sont beaucoup plus épaisses que celles des oreillettes. L'artère pulmonaire part du ventricule droit, qui dirige le sang vers les poumons. L'aorte part du ventricule gauche, qui dirige le sang vers le reste du corps.

La surface interne des ventricules est nervurée, avec des faisceaux et des bandes musculaires, appelés trabécules carnées. Les muscles papillaires se projettent dans la cavité des ventricules.

Vannes

Chaque ouverture des ventricules est protégée par une valve qui empêche le retour du flux sanguin. Il existe deux types de valvules: la valve auriculo-ventriculaire (mitrale et tricuspide) et la semi-lunaire (pulmonaire et aortique).

La valve mitrale, qui est bicuspide, relie l'oreillette gauche (oreillette) au ventricule du même côté. La valve tricuspide relie l'oreillette droite (oreillette) au ventricule du même côté.

Les cuspides sont des plis en forme de feuille de l'endocarde (une membrane renforcée de tissu conjonctif fibreux). Les cuspides et les muscles papillaires des valves auriculo-ventriculaires sont reliés par des structures, appelées cordes tendineuses, en forme de cordons minces.

Les valves semi-lunaires sont des structures en forme de poche. La valve pulmonaire, composée de deux feuillets, relie le ventricule droit à l'artère pulmonaire. La valve aortique, composée de trois feuillets, relie le ventricule gauche à l'aorte.

Une bande de tissu conjonctif fibreux (annulus fibrosus), qui sépare les oreillettes des ventricules, fournit des surfaces pour la fixation musculaire et l'insertion de la valve.

mur

La paroi cardiaque se compose de quatre couches: l'endocarde (couche interne), le myocarde (couche intermédiaire interne), l'épicarde (couche intermédiaire externe) et le péricarde (couche externe).

L'endocarde est une fine couche de cellules semblable à l'endothélium des vaisseaux sanguins. Le myocarde contient les éléments contractiles du cœur.

Le myocarde est constitué de cellules musculaires. Chacune de ces cellules a des myofibrilles qui forment des unités contractiles appelées sarcomères. Chaque sarcomère a des filaments d'actine qui font saillie à partir de lignes opposées et sont organisés autour de filaments épais de myosine.

L'épicarde est une couche de cellules mésothéliales pénétrées par les vaisseaux coronaires menant au myocarde. Ces vaisseaux fournissent du sang artériel au cœur.

Le péricarde est une couche lâche de cellules épithéliales qui repose sur le tissu conjonctif. Il forme un sac membraneux dans lequel le cœur est suspendu. Il est attaché en dessous au diaphragme, sur les côtés de la plèvre et devant le sternum.

Histologie du système vasculaire

Les grands vaisseaux sanguins partagent une structure à trois couches, à savoir: tunica intima, tunica media et tunica adventitia.

La tunique intima, qui est la couche la plus interne, est une monocouche de cellules endothéliales recouvertes de tissu élastique. Cette couche contrôle la perméabilité vasculaire, la vasoconstriction, l'angiogenèse et régule la coagulation.

La tunique intima des veines des bras et des jambes a des valves qui empêchent le retour du sang, le dirigeant vers le cœur. Ces valves sont constituées d'endothélium et de peu de tissu conjonctif.

La tunique média, qui est la couche intermédiaire, est séparée de l'intima par une nappe élastique interne, composée d'élastine. La tunique médiatique est composée de cellules musculaires lisses, intégrées dans une matrice extracellulaire, et de fibres élastiques. Dans les artères, la tunique moyenne est épaisse, tandis que dans les veines, elle est mince.

La tunique adventice, qui est la couche la plus externe, est la plus résistante des trois couches. Il est composé de collagène et de fibres élastiques. Cette couche est une barrière limitante, protégeant les vaisseaux de l'expansion. Dans les grosses artères et veines, l'adventice contient des vasa vasorum, de petits vaisseaux sanguins qui alimentent la paroi vasculaire en oxygène et en nutriments.

Physiologie du cœur

Système de conduite

La contraction régulière du cœur est le résultat du rythme inhérent au muscle cardiaque. La contraction commence dans les oreillettes. Il suit la contraction des ventricules (systole auriculaire et ventriculaire). La relaxation des chambres auriculaires et ventriculaires (diastole) suit.

Un système de conduction cardiaque spécialisé est chargé de déclencher l'activité électrique et de la transmettre à toutes les parties du myocarde. Ce système comprend:

- Deux petites masses de tissu spécialisé, à savoir: le nœud sino-auriculaire (nœud SA) et le nœud auriculo-ventriculaire (nœud AV).

- Le faisceau His avec ses branches et le système Purkinje, situé dans les ventricules.

Dans le cœur humain, le nœud SA est situé dans l'oreillette droite, à côté de la veine cave supérieure. Le nœud AV est situé dans la partie postérieure droite du septum interauriculaire.

Les contractions cardiaques rythmiques proviennent d'une impulsion électrique générée spontanément au niveau du nœud SA. La vitesse de génération des impulsions électriques est contrôlée par les cellules du stimulateur cardiaque de ce nœud.

L'impulsion générée dans le nœud SA passe par le nœud AV. Ensuite, il continue à travers le faisceau de His et ses branches vers le système de Purkinje, dans le muscle ventriculaire.

Muscle cardiaque

Les cellules musculaires cardiaques sont reliées par des disques intercalés. Ces cellules sont connectées les unes aux autres en série et en parallèle et forment ainsi des fibres musculaires.

Les membranes cellulaires des disques intercalés fusionnent les unes avec les autres pour former des jonctions communicantes perméables qui permettent une diffusion rapide des ions et donc du courant électrique. Parce que toutes les cellules sont électriquement connectées, le muscle cardiaque est dit fonctionnellement un syncytium électrique.

Le cœur est composé de deux syncytiques:

- Celui de l'oreillette, constitué par les parois des oreillettes.

- Le ventriculaire, constitué des parois des ventricules.

Cette division du cœur permet aux oreillettes de se contracter peu de temps avant la contraction des ventricules, ce qui permet au cœur de pomper efficacement.

Potentiel d'action du muscle cardiaque

La distribution des ions à travers la membrane cellulaire produit une différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule, ce que l'on appelle le potentiel membranaire.

Le potentiel de membrane au repos d'une cellule cardiaque de mammifère est de -90 mV. Un stimulus produit un potentiel d'action, qui est une modification du potentiel membranaire. Ce potentiel se propage et est responsable de l'apparition de la contraction. Le potentiel d'action se produit en phases.

Dans la phase de dépolarisation, la cellule cardiaque est stimulée et l'ouverture des canaux sodiques voltage-dépendants et l'entrée de sodium dans la cellule se produisent. Avant la fermeture des canaux, le potentiel de membrane atteint +20 mV.

Dans la phase de repolarisation initiale, les canaux sodiques se ferment, la cellule commence à se repolariser et les ions potassium quittent la cellule par les canaux potassiques.

Dans la phase de plateau, l'ouverture des canaux calciques et la fermeture rapide des canaux potassiques ont lieu. La phase de repolarisation rapide, la fermeture des canaux calciques et la lente ouverture des canaux potassiques ramènent la cellule à son potentiel de repos.

Réponse contractile

L'ouverture des canaux calciques voltage-dépendants dans les cellules musculaires est l'un des événements de dépolarisation qui permet au Ca ^{+2 de} pénétrer dans le myocarde. Ca ⁺² est un effecteur qui couple la dépolarisation et la contraction cardiaque.

Après la dépolarisation des cellules, une entrée de Ca ⁺² se produit, ce qui déclenche la libération de Ca ⁺² supplémentaire par des canaux sensibles au Ca ^{+ 2} dans le réticulum sarcoplasmique. Cela augmente la concentration de Ca ⁺² cent fois.

La réponse contractile du muscle cardiaque commence après la dépolarisation. Lorsque les cellules musculaires se repolarisent, le réticulum saccoplasmique réabsorbe l'excès de Ca ⁺². La concentration de Ca ⁺² revient à son niveau initial, permettant au muscle de se détendre.

L'énoncé de la loi du cœur de Starling est que «l'énergie libérée pendant la contraction dépend de la longueur de la fibre initiale». Au repos, la longueur initiale des fibres est déterminée par le degré de remplissage diastolique du cœur. La pression qui se développe dans le ventricule est proportionnelle au volume du ventricule à la fin de la phase de remplissage.

Fonction cardiaque: cycle cardiaque et électrocardiogrammes

En fin de diastole, les valves mitrale et tricuspide sont ouvertes et les valves aortique et pulmonaire sont fermées. Tout au long de la diastole, le sang pénètre dans le cœur et remplit les oreillettes et les ventricules. Le taux de remplissage ralentit à mesure que les ventricules se dilatent et que les valves AV se ferment.

La contraction des muscles auriculaires, ou systole auriculaire, réduit le foramina de la veine cave supérieure et inférieure et de la veine pulmonaire. Le sang a tendance à être retenu dans le cœur par l'inertie du mouvement du sang entrant.

La contraction ventriculaire, ou systole ventriculaire, commence et les valves AV se ferment. Pendant cette phase, le muscle ventriculaire se raccourcit peu et le myocarde presse le sang sur le ventricule. C'est ce qu'on appelle la pression isovolumique, elle dure jusqu'à ce que la pression dans les ventricules dépasse la pression dans l'aorte et l'artère pulmonaire et ses valves s'ouvrent.

La mesure des fluctuations du potentiel du cycle cardiaque se reflète dans l'électrocardiogramme: l'onde P est produite par la dépolarisation des oreillettes; le complexe QRS est dominé par la dépolarisation ventriculaire; l'onde T est la repolarisation des ventricules.

Fonctionnement du système circulatoire

Composants

La circulation est divisée en systémique (ou périphérique) et pulmonaire. Les composants du système circulatoire sont les veines, les veinules, les artères, les artérioles et les capillaires.

Les veinules reçoivent le sang des capillaires et fusionnent progressivement avec les grosses veines. Les veines transportent le sang vers le cœur. La pression dans le système veineux est faible. Les parois des vaisseaux sont minces mais suffisamment musclées pour se contracter et se dilater. Cela leur permet d'être un réservoir de sang contrôlable.

Les artères ont pour fonction de transporter le sang sous haute pression vers les tissus. Pour cette raison, les artères ont de fortes parois vasculaires et le sang se déplace à grande vitesse.

Les artérioles sont de petites branches du système artériel, qui agissent comme des conduits de contrôle à travers lesquels le sang est transporté vers les capillaires. Les artérioles ont de fortes parois musculaires qui peuvent se contracter ou se dilater plusieurs fois. Cela permet aux artères de modifier le flux sanguin au besoin.

Les capillaires sont de petits vaisseaux dans les artérioles qui permettent l'échange de nutriments, d'électrolytes, d'hormones et d'autres substances entre le sang et le liquide interstitiel. Les parois capillaires sont minces et comportent de nombreux pores perméables à l'eau et aux petites molécules.

Pression

Lorsque les ventricules se contractent, la pression interne du ventricule gauche augmente de zéro à 120 mm Hg. Cela provoque l'ouverture de la valve aortique et l'expulsion du flux sanguin dans l'aorte, qui est la première artère de la circulation systémique. La pression maximale pendant la systole est appelée pression systolique.

La valve aortique se ferme alors et le ventricule gauche se détend, de sorte que le sang peut entrer de l'oreillette gauche par la valve mitrale. La période de relaxation est appelée diastole. Pendant cette période, la pression chute à 80 mm Hg.

La différence entre la pression systolique et diastolique est donc de 40 mm Hg, dénommée pression pulsée. L'arbre artériel complexe réduit la pression des pulsations, rendant, avec quelques pulsations, le flux sanguin vers les tissus est continu.

La contraction du ventricule droit, qui se produit simultanément avec celle de la gauche, pousse le sang à travers la valve pulmonaire et dans l'artère pulmonaire. Celui-ci est divisé en petites artères, artérioles et capillaires de la circulation pulmonaire. La pression pulmonaire est beaucoup plus faible (10–20 mm Hg) que la pression systémique.

Réponse circulatoire aux saignements

Les saignements peuvent être externes ou internes. Lorsqu'ils sont gros, ils nécessitent une attention médicale immédiate. Une diminution significative du volume sanguin entraîne une baisse de la pression artérielle, qui est la force qui déplace le sang dans le système circulatoire pour fournir l'oxygène dont les tissus ont besoin pour rester en vie.

La baisse de la pression artérielle est perçue par les barorécepteurs, qui diminuent leur taux de décharge. Le centre cardiovasculaire du tronc cérébral situé à la base du cerveau détecte la diminution de l'activité des basorécepteurs, ce qui déclenche une série de mécanismes homéostatiques qui cherchent à rétablir une tension artérielle normale.

Le centre cardiovasculaire médullaire augmente la stimulation sympathique du noeud sino-auriculaire droit, ce qui: 1) augmente la force de contraction du muscle cardiaque, augmentant le volume de sang pompé à chaque impulsion; 2) augmente le nombre de battements par unité de temps. Les deux processus augmentent la pression artérielle.

Simultanément, le centre cardiovasculaire médullaire stimule la contraction (vasoconstriction) de certains vaisseaux sanguins, obligeant une partie du sang qu'ils contiennent à se déplacer vers le reste du système circulatoire, y compris le cœur, augmentant la pression artérielle.

Réponse circulatoire à l'exercice

Pendant l'exercice, les tissus corporels augmentent leur besoin d'oxygène. Par conséquent, lors d'un exercice aérobie extrême, le taux de pompage du sang dans le cœur devrait passer de 5 à 35 litres par minute. Le mécanisme le plus évident pour y parvenir est l'augmentation du nombre de battements cardiaques par unité de temps.

L'augmentation des pulsations s'accompagne de: 1) une vasodilatation artérielle dans les muscles; 2) vasoconstriction dans les systèmes digestif et rénal; 3) la vasoconstriction des veines, qui augmente le retour veineux vers le cœur et, par conséquent, la quantité de sang qu'il peut pomper. Ainsi, les muscles reçoivent plus de sang et donc plus d'oxygène

Le système nerveux, en particulier le centre cardiovasculaire médullaire, joue un rôle fondamental dans ces réponses à l'exercice par le biais de stimulations sympathiques.

Embryologie

Au cours de la semaine 4 du développement embryonnaire humain, le système circulatoire et le sang commencent à se former en «îlots de sang» qui apparaissent dans la paroi mésodermique du sac vitellin. À ce moment-là, l'embryon commence à être trop gros pour que la distribution de l'oxygène ne se fasse que par diffusion.

Le premier sang, constitué d'érythrocytes nucléés tels que ceux des reptiles, des amphibiens et des poissons, est dérivé de cellules appelées hémangioblastes, situées dans des «îlots de sang».

Au cours des semaines 6 à 8, la production sanguine, constituée de globules rouges typiques de mammifères sans noyau, commence à se déplacer vers le foie. Au 6e mois, les érythrocytes colonisent la moelle osseuse et leur production par le foie commence à diminuer, cessant au début de la période néonatale.

Les vaisseaux sanguins embryonnaires sont formés par trois mécanismes:

- Coalescence in situ (vasculogenèse).

- Migration des cellules précurseurs endothéliales (angioblastes) vers les organes.

- Développement à partir de vaisseaux existants (angiogenèse).

Le cœur provient du mésoderme et commence à battre à la quatrième semaine de gestation. Au cours du développement des régions cervicale et céphalique, les trois premiers arcades branchiales de l'embryon forment le système artériel carotide.

Maladies: liste partielle

Anévrisme. Élargissement d'un segment faible d'une artère causé par la pression artérielle.

Arythmie. Écart par rapport à la régularité normale du rythme cardiaque en raison d'un défaut de la conduction électrique du cœur.

Athérosclérose. Maladie chronique causée par le dépôt (plaques) de lipides, de cholestérol ou de calcium sur l'endothélium des grosses artères.

Malformations congénitales. Anomalies d'origine génétique ou environnementale du système circulatoire présentes à la naissance.

Dyslipidémies. Niveaux anormaux de lipoprotéines dans le sang. Les lipoprotéines transfèrent les lipides entre les organes.

Endocardite. Inflammation de l'endocarde causée par une infection bactérienne et parfois fongique.

Maladie cérébrovasculaire. Dommages soudains dus à une diminution du flux sanguin dans une partie du cerveau.

Maladie valvulaire. Échec de la valve mitrale pour empêcher une mauvaise circulation sanguine.

Coeur d' échec. Incapacité du cœur à se contracter et se détendre efficacement, réduisant ses performances et compromettant la circulation.

L'hypertension. Pression artérielle supérieure à 140/90 mm Hg. Produit l'athérogenèse en endommageant l'endothélium

Infarctus. Mort d'une partie du myocarde causée par une interruption du flux sanguin par un thrombus coincé dans une artère coronaire.

Varices et hémorroïdes. Une varicelle est une veine qui a été distendue par le sang. Les hémorroïdes sont des groupes de varices dans l'anus.

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