Fiche de révision : Systèmes cardiovasculaire et respiratoire

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et composition du sang
2. Cœur et cycle cardiaque
3. Vaisseaux et pression artérielle
4. Contrôle cardiovasculaire et circulation
5. Ventilation et volumes respiratoires
6. Échanges et transport des gaz
7. Contrôle respiratoire et coopération

📖 1. Fonctions et composition du sang

★ À maîtriser

• Le système cardiovasculaire apporte O₂ et substrats énergétiques, élimine CO₂ et déchets métaboliques, transporte les hormones et participe à la thermorégulation, à l’équilibre acido-basique et à la régulation immunitaire.

• Le système circulatoire associe trois éléments :

  • une pompe, le cœur
  • des canaux, les vaisseaux sanguins
  • un liquide circulant, le sang

• Le sang est composé de plasma et d’éléments figurés ; le plasma représente 55 à 60 % du sang.

Compléments

• Le sang représente 7 % du poids corporel et son volume est de 4 à 5 L chez la femme et de 5 à 6 L chez l’homme.

• Le plasma contient :

  • de l’albumine
  • des globulines
  • du fibrinogène
  • des électrolytes
  • des nutriments
  • des déchets
  • des hormones
  • une petite quantité de gaz

• Les globules blancs participent aux réponses immunitaires et comprennent les granulocytes — neutrophiles, éosinophiles et basophiles — ainsi que les cellules mononucléées — monocytes et lymphocytes.

📖 2. Cœur et cycle cardiaque

🔑 Notions clés & Définitions

• Cœur : Pompe située dans la cavité centrale du thorax, enveloppée par le péricarde, et comprenant deux oreillettes qui reçoivent le sang et deux ventricules qui l’éjectent.
• Myocarde : Muscle cardiaque strié, riche en vascularisation et en mitochondries, dont les cellules sont reliées par des jonctions ouvertes et des desmosomes.

★ À maîtriser

📌 Le cœur droit propulse le sang désoxygéné vers les poumons dans la circulation pulmonaire, tandis que le cœur gauche propulse le sang vers les tissus dans la circulation systémique.

• Les valves cardiaques séparent les oreillettes des ventricules ou se trouvent à la sortie des ventricules, et assurent une circulation à sens unique.

• Le cycle cardiaque alterne une diastole ventriculaire de remplissage, qui occupe les deux tiers du cycle, et une systole ventriculaire de contraction et d’éjection, qui en occupe un tiers.

Compléments

• Le myocarde gauche est hypertrophié notamment parce qu’il doit produire une pression systémique supérieure ; l’entraînement et certaines maladies comme l’hypertension artérielle peuvent aussi contribuer à cette hypertrophie.

💡 Astuce mémo

Diastole remplit, systole éjecte.

📖 3. Vaisseaux et pression artérielle

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume télédiastolique : Volume maximal de remplissage ventriculaire en fin de diastole, indiqué à 100 ml.
• Volume télésystolique : Volume sanguin résiduel dans le ventricule à la fin de la systole, indiqué à 40 ml.
• Volume d’éjection systolique : Volume de sang éjecté du ventricule gauche à chaque contraction.
• Débit cardiaque : Volume de sang éjecté par le ventricule gauche par minute.
• Fraction d’éjection : Pourcentage du volume sanguin éjecté par le ventricule gauche à chaque contraction.

📝 Points essentiels

• Les vaisseaux assurent des rôles distincts : les artères conduisent le sang vers les artérioles, les artérioles régulent l’écoulement par contraction ou relâchement, les capillaires permettent les échanges avec les tissus, les veinules amorcent le retour sanguin, les veines ramènent le sang vers le cœur

💡 Astuce mémo

Artères conduisent vers les tissus, veines ramènent vers le cœur.

📖 4. Contrôle cardiovasculaire et circulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Hémodynamique : Écoulement du sang selon un gradient de pression, des régions de pression élevée vers les régions de pression basse, et dépendant de la résistance vasculaire.
• Résistance vasculaire : La résistance vasculaire dépend de la viscosité du sang, de la longueur du vaisseau et de son rayon selon $R = \eta \times \frac{L}{r^4}$.

★ À maîtriser

• La pression artérielle systolique est la valeur la plus élevée pendant la systole ventriculaire, tandis que la pression diastolique est la valeur la plus basse pendant la diastole.

• Le nœud sinusal initie l’impulsion cardiaque, qui se propage ensuite dans le réseau de conduction, d’abord vers l’apex, puis entraîne la contraction des oreillettes et des ventricules avec un délai de 0,13 s.

• L’ECG associe l’onde P à la dépolarisation des oreillettes, le complexe QRS à la dépolarisation des ventricules et l’onde T à leur repolarisation.

📌 Le système sympathique accélère la fréquence cardiaque sous l’effet de la noradrénaline, tandis que le parasympathique, via le nerf vague et l’acétylcholine, la ralentit et hyperpolarise les cellules cardiaques.

• Les barorécepteurs de la crosse aortique et des carotides transmettent les variations de pression au tronc cérébral, qui ajuste la fréquence cardiaque : elle diminue si la pression augmente et augmente si elle diminue.

Compléments

📐 Formule - La pression artérielle moyenne est estimée par $PA_{moy} = \frac{2}{3} \times PAD + \frac{1}{3} \times PAS$.

• La tachycardie correspond à une fréquence cardiaque supérieure à 100 bpm et la bradycardie à une fréquence inférieure à 60 bpm.

• Les hormones surrénaliennes adrénaline et cortisol, ainsi que le système rénine-angiotensine-aldostérone associé au foie et aux reins, participent au contrôle cardiovasculaire.

• Au repos, 50 % du sang est distribué aux reins et au foie et 15 % aux muscles ; à l’exercice, 80 % est distribué aux muscles et le débit sanguin musculaire peut être multiplié par 25.

• Le retour veineux est favorisé par :

  • les valvules veineuses
  • les contractions musculaires
  • la pompe respiratoire
  • la veinoconstriction sympathique

💡 Astuce mémo

Une hausse de pression active les barorécepteurs et ralentit la fréquence cardiaque.

📖 5. Ventilation et volumes respiratoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Ventilation pulmonaire : Mouvement de l’air entrant dans les poumons et en sortant, jusqu’aux alvéoles où ont lieu les échanges gazeux.
• Capacité vitale : Quantité maximale d’air expirée après un effort inspiratoire maximal.
• Volume résiduel : Volume d’air qui reste dans les poumons après un effort expiratoire maximal.

★ À maîtriser

📌 L’inspiration est active : le diaphragme se contracte et s’abaisse, les intercostaux externes élèvent la cage thoracique, et la pression pulmonaire devient inférieure à la pression extérieure.

• Au repos, l’expiration est passive grâce au relâchement des muscles inspiratoires et au retour élastique ; l’expiration forcée recrute les muscles intercostaux internes.

Compléments

📌 La capacité pulmonaire totale est égale à la capacité vitale plus le volume résiduel.

📐 Formule - Le volume alvéolaire par minute se calcule par $V_a = (V_c - espace\ mort) \times F_{resp}$ ; pour un volume courant de 500 ml, un espace mort de 150 ml et une fréquence de 15 par minute, il vaut 5,25 L/min.

💡 Astuce mémo

Inspiration active, expiration au repos passive.

📖 6. Échanges et transport des gaz

★ À maîtriser

• La fonction respiratoire comprend quatre processus :
  • la ventilation pulmonaire
  • la diffusion alvéolo-capillaire
  • le transport de l’O₂ et du CO₂
  • la respiration cellulaire

📐 Formule - Le débit de diffusion d’un gaz est proportionnel à la surface d’échange, au coefficient de diffusion et au gradient de pression, et inversement proportionnel à l’épaisseur du tissu : $V_{gaz} = \frac{S \times D \times (P_1-P_2)}{E}$.

• L’O₂ sanguin est transporté à 98 % lié à l’hémoglobine et à moins de 2 % dissous dans le plasma ; pour 5 L de sang, le cours indique 9 à 15 ml d’O₂.

• Le CO₂ est transporté sous forme d’ions bicarbonates à 60–70 %, dissous dans le plasma à 7–10 %, ou fixé à l’hémoglobine sous forme de carbaminohémoglobine.

Compléments

• La barrière alvéolo-capillaire comprend la paroi alvéolaire, la paroi capillaire et les membranes basales ; son épaisseur indiquée est de 0,5 à 4 mm.

• Au niveau de la mer, la pression partielle d’O₂ ambiante est de 159 mm Hg ; elle est de 100 à 105 mm Hg dans les alvéoles et de 40 mm Hg dans le sang désoxygéné, ce qui favorise sa diffusion vers le sang pulmonaire jusqu’à un équilibre de 60 à 65 mm Hg.

• La fixation de l’O₂ à l’hémoglobine dépend de la PO₂ : la saturation est complète lorsque la PO₂ est élevée et incomplète lorsqu’elle est basse.

• L’acidité et la chaleur déplacent vers la droite la courbe de dissociation de l’O₂ et diminuent l’affinité de l’hémoglobine pour l’O₂ ; cet effet lié au pH est appelé effet de Bohr.

📐 Formule - Dans le sang, le CO₂ et l’eau forment de l’acide carbonique, qui se dissocie en ions H⁺ et HCO₃⁻ : $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$.

• La différence artérioveineuse en O₂ représente les 4 à 5 ml d’O₂ prélevés et utilisés par les tissus.

• Dans le muscle, la myoglobine transporte l’O₂ vers les mitochondries et présente une affinité pour l’O₂ supérieure à celle de l’hémoglobine ; elle peut fixer l’O₂ à faible PO₂ et le relâche lorsque la PO₂ est très faible, sous 20 mm Hg.

💡 Astuce mémo

Alvéoles → sang → tissus : l’O₂ suit le trajet inverse du CO₂.

📖 7. Contrôle respiratoire et coopération

★ À maîtriser

• Les centres respiratoires du tronc cérébral commandent involontairement la ventilation ; le cortex peut aussi exercer un contrôle volontaire, et le centre expiratoire est activé à l’exercice.

• Les chémorécepteurs détectent les variations de pH, de PO₂ et de PCO₂ ; ils sont périphériques dans la crosse aortique et les carotides, ou centraux dans le liquide céphalorachidien.

• Les systèmes cardiovasculaire et respiratoire coopèrent pour apporter O₂ et substrats énergétiques, éliminer CO₂ et déchets métaboliques, et réguler l’équilibre acido-basique.

Compléments

• Le nerf phrénique, issu de C3, C4 et C5, assure le contrôle moteur du diaphragme, avec un rôle principal de C4.