Fiche de révision : Biophysique cardiaque

📋 Plan du Cours

1. Anatomie et circulation cardiaques
2. Cycle et volumes cardiaques
3. Débits et fractions cardiaques
4. Contraction du myocarde
5. Pré-charge et post-charge
6. Loi de Franck-Starling
7. Pressions et valves cardiaques
8. Compliance et contractilité
9. Boucle pression-volume
10. Travail et exploration cardiaques

📖 1. Anatomie et circulation cardiaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Atrium : Cavité cardiaque à parois fines qui sert de réservoir de sang pour le ventricule et participe au remplissage lors de la systole auriculaire.

📝 Points essentiels

• Les valves cardiaques sont:

  • la valve tricuspide à droite
  • la valve mitrale à gauche
  • la valve pulmonaire à droite
  • la valve aortique à gauche

• 🔄 Le trajet du sang est: veines caves vers l’atrium droit, atrium droit vers ventricule droit, ventricule droit vers artères pulmonaires puis poumons, veines pulmonaires vers atrium gauche, atrium gauche vers ventricule gauche, ventricule gauche vers aorte

💡 Astuce mémo

Cœur droit = poumons ; cœur gauche = organisme

📖 2. Cycle et volumes cardiaques

📝 Points essentiels

📌 La systole correspond à la contraction et à l’éjection du sang, tandis que la diastole correspond à la relaxation et au remplissage du ventricule.

• La systole représente environ un tiers du cycle cardiaque et la diastole environ deux tiers.

• Le volume télédiastolique est le volume ventriculaire maximal en fin de diastole et vaut environ 120 mL, tandis que le volume télésystolique est le volume minimal en fin de systole et vaut environ 50 mL.

💡 Astuce mémo

Systole = éjection ; diastole = remplissage

📖 3. Débits et fractions cardiaques

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le volume d’éjection systolique vérifie $VES = VTD - VTS$ et sa valeur normale est d’environ 70 à 80 mL.

📐 Formule — La fraction d’éjection vérifie $FE = \frac{VES}{VTD} = \frac{VTD - VTS}{VTD}$.

📌 Une fraction d’éjection du ventricule gauche inférieure à 50 % indique une insuffisance cardiaque.

📐 Formule — Le débit cardiaque vérifie $Q = VES \times FC = VTD \times FE \times FC$ et vaut environ 5 L/min au repos.

💡 Astuce mémo

VES = VTD − VTS ; Q = VES × FC

📖 4. Contraction du myocarde

🔑 Notions clés & Définitions

• Myocarde : Tissu musculaire cardiaque formé de faisceaux de cardiomyocytes.
• Sarcomère : Unité motrice composée principalement d’actine et de myosine dont le glissement relatif permet le raccourcissement musculaire.

📝 Points essentiels

• 🔄 Les étapes de la contraction sont:
  1. contraction isométrique sans raccourcissement
  2. contraction isotonique avec raccourcissement
  3. relaxation avec retour à la longueur de repos

💡 Astuce mémo

Isométrique → isotonique → relaxation

📖 5. Pré-charge et post-charge

🔑 Notions clés & Définitions

• Pré-charge : Degré d’étirement des fibres musculaires ventriculaires avant leur contraction, déterminé par le volume de remplissage ventriculaire et lié au VTD.
• Post-charge : Force contre laquelle le ventricule travaille pour éjecter le sang et qui dépend notamment des résistances aortiques pour le ventricule gauche.

📝 Points essentiels

• Le retour veineux dépend de la pompe musculaire, de la pompe respiratoire et de la veinoconstriction.

💡 Astuce mémo

Pré-charge = étirement ; post-charge = résistance à l’éjection

📖 6. Loi de Franck-Starling

📝 Points essentiels

📌 Selon la loi de Franck-Starling, une augmentation de la pré-charge augmente la force de contraction ventriculaire et le volume d’éjection systolique dans les conditions physiologiques.

• 🔄 La chaîne de Franck-Starling est:
  1. augmentation du retour veineux
  2. augmentation du VTD
  3. augmentation de l’étirement des fibres
  4. augmentation de l’énergie de contraction
  5. augmentation du VES

📌 Lorsque le VTD continue d’augmenter au-delà de la zone physiologique, la relation de Franck-Starling atteint un plateau puis le VES diminue lors de la décompensation cardiaque.

💡 Astuce mémo

Retour veineux ↑ → VTD ↑ → étirement ↑ → VES ↑

📖 7. Pressions et valves cardiaques

★ À maîtriser

• Le cycle ventriculaire comprend successivement la contraction isovolumétrique, l’éjection, la relaxation isovolumétrique et le remplissage.

📌 La valve aortique s’ouvre lorsque la pression ventriculaire devient supérieure à la pression aortique et se ferme lorsque la pression ventriculaire devient inférieure à la pression aortique.

📌 La valve mitrale s’ouvre lorsque la pression ventriculaire devient inférieure à la pression atriale et permet alors le remplissage diastolique.

Compléments

• La systole auriculaire contribue à environ 10 à 20 % du remplissage total du ventricule.

💡 Astuce mémo

Contraction isovolumétrique → éjection → relaxation isovolumétrique → remplissage

📖 8. Compliance et contractilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Compliance : Capacité de distension passive des fibres ventriculaires pendant le remplissage diastolique.
• Contractilité : Vigueur de contraction des fibres cardiaques pendant l’éjection systolique et représentée par la pente Emax.

📝 Points essentiels

📌 Une diminution de la compliance réduit le VTD pour une même pression télédiastolique et diminue donc le VES si le VTS reste inchangé.

📌 Une augmentation de la contractilité augmente Emax, diminue le VTS et augmente le VES, indépendamment de la pré-charge et de la post-charge.

💡 Astuce mémo

Compliance en diastole ; contractilité en systole

📖 9. Boucle pression-volume

🔑 Notions clés & Définitions

• Boucle pression-volume : Représentation des variations de la pression et du volume du ventricule gauche au cours d’un cycle cardiaque sans faire intervenir le temps.

★ À maîtriser

📌 Une augmentation de la post-charge augmente la pression télésystolique et le VTS, diminue le VES et réduit l’efficacité de l’éjection.

📌 Une augmentation de la pré-charge augmente le VTD et le VES sans augmenter la pression télésystolique lorsque la post-charge reste inchangée.

Compléments

📌 L’augmentation de la contractilité diminue le VTS, augmente le VES et augmente la pente Emax de la droite de contractilité.

💡 Astuce mémo

1 fermeture mitrale → 2 ouverture aortique → 3 fermeture aortique → 4 ouverture mitrale

📖 10. Travail et exploration cardiaques

★ À maîtriser

📐 Formule — Le travail cardiaque correspond à l’intégrale pression-volume $W = \int P\,dV$ et il est représenté par l’aire de la boucle pression-volume.

📐 Formule — Pour les calculs pratiques, le travail cardiaque est approché par $W = VES \times \overline{P}$.

📌 L’hypokinésie est une diminution partielle de la contraction, l’akinésie est une absence totale localisée de contraction et la dyskinésie est un mouvement paradoxal de dilatation pendant la systole.

• Les anomalies de contraction myocardique augmentent le VTS et diminuent le VES ainsi que la FEVG.

• L’échographie cardiaque utilise des ultrasons réfléchis aux interfaces tissulaires, dont le temps de retour permet de calculer la distance entre la sonde et les structures cardiaques.

Compléments

• Pour un battement, le travail mécanique du ventricule gauche est d’environ 1 J et la puissance cardiaque est d’environ 1 W à 60 battements par minute.

• Le rendement mécanique cardiaque est d’environ 10 % au repos et peut atteindre 15 % à l’effort.

• Les ultrasons utilisés en échographie ont des fréquences comprises entre 20 000 et 100 000 Hz et permettent de visualiser l’anatomie, les contractions, les volumes cardiaques et la FEVG.

• L’IRM cardiaque est non invasive et non ionisante, fournit une imagerie morphologique et fonctionnelle en 3D et permet une mesure fiable et reproductible de la FEVG.

• Le scanner cardiaque est une technique ionisante utilisant les rayons X, nécessitant souvent un produit de contraste iodé et une synchronisation à l’ECG.

💡 Astuce mémo

Échographie et IRM non ionisantes ; scanner et scintigraphie ionisants

📊 Tableaux de synthèse

Principaux paramètres mécaniques