Fiche de révision : Biophysique mécanique cardiaque

📋 Plan du Cours

1. Anatomie et circuits cardiaques
2. Cycle et volumes cardiaques
3. Débit et performance cardiaque
4. Contraction du myocarde
5. Pré-charge et post-charge
6. Loi de Franck-Starling
7. Pressions et phases valvulaires
8. Compliance et contractilité
9. Boucle pression-volume et travail
10. Anomalies et exploration cardiaque

📖 1. Anatomie et circuits 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

📌 Le cœur est constitué de deux moitiés indépendantes, droite et gauche, chacune comprenant un atrium et un ventricule.

• Les valves auriculoventriculaires sont la valve tricuspide à droite et la valve mitrale à gauche, tandis que les valves sigmoïdiennes sont la valve pulmonaire à droite et la valve aortique à gauche.

• Le sang circule des veines caves vers l’atrium droit, le ventricule droit, les artères pulmonaires, les poumons, les veines pulmonaires, l’atrium gauche, le ventricule gauche, puis l’aorte.

💡 Astuce mémo

Cœur droit = poumons ; cœur gauche = organisme

📖 2. Cycle et volumes cardiaques

★ À maîtriser

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

• 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.

Compléments

• Chez l’homme, la fréquence cardiaque est d’environ 70 battements par minute et la durée de la diastole s’adapte principalement lorsque la fréquence cardiaque varie, contrairement à la systole qui reste relativement fixe.

💡 Astuce mémo

Systole = éjection ; diastole = remplissage

📖 3. Débit et performance cardiaque

📝 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 % est en faveur d’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, FE, Q : volume éjecté, fraction, débit

📖 4. Contraction du myocarde

🔑 Notions clés & Définitions

• Myocarde : Tissu musculaire cardiaque constitué de faisceaux de cardiomyocytes.

• Sarcomère : Unité motrice constituée notamment d’actine et de myosine, dont le glissement relatif permet le raccourcissement et la contraction musculaire.

📝 Points essentiels

• La contraction d’une fibre musculaire comprend une phase isométrique sans changement de longueur, une phase isotonique avec raccourcissement et travail musculaire, puis une 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 principalement par le volume télédiastolique.
• 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 trois facteurs :
  • La pompe musculaire
  • La pompe respiratoire
  • La veinoconstriction

💡 Astuce mémo

Pré-charge = étirement ; post-charge = résistance

📖 6. Loi de Franck-Starling

📝 Points essentiels

• Une augmentation du retour veineux augmente le VTD, augmente l’étirement des fibres musculaires, augmente l’énergie de contraction et augmente le VES.

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

📌 Lorsque la dilatation ventriculaire dépasse la zone physiologique, l’augmentation du VTD n’augmente plus le VES, puis le VES peut diminuer lors de la décompensation cardiaque.

💡 Astuce mémo

Retour veineux ↑ → VTD ↑ → VES ↑

📖 7. Pressions et phases valvulaires

★ À maîtriser

• 🔄 Les quatre phases du cycle ventriculaire sont :
  1. Contraction isovolumétrique
  2. Éjection
  3. Relaxation isovolumétrique
  4. Remplissage

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

📌 B1 correspond à la fermeture des valves mitrale et tricuspide, tandis que B2 correspond à la fermeture des valves aortique et pulmonaire.

Compléments

• La systole auriculaire complète le remplissage ventriculaire et représente environ 10 à 20 % du remplissage total du ventricule.

💡 Astuce mémo

Contraction → éjection → relaxation → remplissage

📖 8. Compliance et contractilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Compliance : Capacité de distension passive des fibres ventriculaires pendant le remplissage diastolique.
• Contractilité : Vigueur de la contraction des fibres musculaires cardiaques pendant la systole, reflétée par la pente Emax.

📝 Points essentiels

📌 Lorsque la compliance diminue, le VTD diminue pour une même pression télédiastolique et le VES diminue si le VTS reste inchangé.

📌 Une augmentation de la contractilité augmente Emax, diminue le VTS et augmente le VES à pression télésystolique comparable.

💡 Astuce mémo

Compliance en diastole ; contractilité en systole

📖 9. Boucle pression-volume et travail

🔑 Notions clés & Définitions

• Boucle pression-volume : La boucle pression-volume représente les variations conjointes de la pression et du volume du ventricule gauche au cours d’un cycle cardiaque.

★ À maîtriser

📌 Une augmentation de la post-charge augmente la pression télésystolique et le VTS, diminue le VES et augmente le débit cardiaque négativement.

📌 Une augmentation de la pré-charge augmente le VTD et le VES lorsque la post-charge et la contractilité restent inchangées.

📐 Formule - Le travail cardiaque est représenté par l’aire de la boucle pression-volume et peut être approximé par $W = VES \times \overline{P}$.

Compléments

• Le travail mécanique du ventricule gauche est d’environ 1 J par battement, la puissance cardiaque est d’environ 1 W à 60 battements par minute, et le travail du ventricule droit vaut environ un sixième de celui du ventricule gauche.

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

💡 Astuce mémo

La boucle pression-volume se lit comme le travail mécanique du ventricule

📖 10. Anomalies et exploration cardiaque

★ À maîtriser

📌 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 émet des ultrasons qui se réfléchissent aux interfaces tissulaires, puis utilise leur temps de retour pour calculer les distances et obtenir des images ainsi que des volumes cardiaques.

Compléments

• Les principales techniques d’imagerie utilisées pour explorer les anomalies de contraction et mesurer la FEVG sont l’échographie, l’IRM, la tomodensitométrie et la scintigraphie.

• L’IRM cardiaque utilise un champ magnétique de 0,5 à 3 Tesla et des ondes de radiofréquence pour produire une imagerie morphologique et fonctionnelle non ionisante.

• La tomodensitométrie cardiaque utilise des rayons X, nécessite souvent un produit de contraste iodé pour distinguer le sang du muscle et doit être synchronisée à l’ECG pour étudier la contraction.

• La scintigraphie utilise des hématies marquées par du technétium 99 métastable et une gamma-caméra synchronisée à l’ECG pour mesurer précisément la FEVG.

💡 Astuce mémo

Hypokinésie : contraction diminuée ; akinésie : absente ; dyskinésie : paradoxale

📊 Tableaux de synthèse

Principales modifications mécaniques