Physiologie du cycle cardiaque

Le Cycle Cardiaque : Définition, Exploration et Phases Détaillées

Le cycle cardiaque représente l'ensemble des phénomènes mécaniques, sonores, hémodynamiques et électriques qui se déroulent dans le cœur entre le début d'une contraction cardiaque et le début de la contraction suivante. C'est une séquence d'événements répétitifs qui assure la circulation sanguine dans l'organisme. Comprendre le cycle cardiaque est fondamental en physiologie pour saisir comment le cœur pompe le sang, et en pathologie pour identifier les anomalies.

Définition et Concepts Fondamentaux

Le cycle cardiaque peut être défini comme la période ou l'intervalle de temps compris entre le début d'un phénomène cardiaque (par exemple, une contraction) et le début de la répétition de ce même phénomène. Il est caractérisé par l'alternance de deux phases principales : * La systole : C'est la période de contraction du muscle cardiaque, entraînant l'éjection sanguine des cavités cardiaques vers les vaisseaux. * La diastole : C'est la période de relaxation du muscle cardiaque, permettant le remplissage sanguin des cavités cardiaques. L'enchaînement de la systole et de la diastole constitue la révolution cardiaque. Il est important de noter que les phénomènes mécaniques (contraction, relaxation) suivent toujours les phénomènes électriques (activité électrique initiant le battement).

Objectifs de la Leçon

Cette leçon vise à :

• Définir précisément le cycle cardiaque.
• Décrire les méthodes d'exploration du cycle cardiaque chez l'homme.
• Analyser les modifications de volume et de pression au sein du ventricule lors de la systole auriculaire.
• Décrire les modifications de volume et de pression ventriculaires durant la systole ventriculaire.
• Expliquer les modifications de volume et de pression ventriculaires pendant la diastole générale.

Intérêt du Cycle Cardiaque

La connaissance du cycle cardiaque présente un intérêt majeur : * Physiologique : Elle permet de comprendre les modifications normales de volume et de pression qui surviennent dans les cavités cardiaques et les grands vaisseaux à chaque battement. * Pathologique : Les bruits cardiaques anormaux, les souffles ou les arythmies sont des indicateurs importants de dysfonctionnements cardiaques. Une analyse fine du cycle cardiaque aide à diagnostiquer ces pathologies.

Méthodes d'Exploration du Cycle Cardiaque

L'exploration du cycle cardiaque a évolué des techniques invasives historiques aux méthodes non invasives modernes.

Historique : Expériences de Chauveau et Marey (1861)

Ces pionniers ont étudié le cœur de chevaux en ouvrant leur thorax et en maintenant les animaux en vie par respiration artificielle. Ils ont observé que le cœur subit des changements périodiques de forme : un resserrement (systole) et une dilatation (diastole). Pour mesurer les variations de pression, ils ont introduit dans le cœur des chevaux des sondes exploratrices munies d'ampoules en caoutchouc. Ces ampoules, sensibles aux variations de pression, étaient reliées à des tambours de Marey. Un tambour de Marey est un dispositif qui permet d'inscrire graphiquement (sur un papier fumé en rotation) les variations de pression, produisant ainsi des cardiogrammes manométriques. Ces expériences ont permis d'obtenir les premières courbes de pression intracardiaque.

Méthodes Invasives Modernes : Cathétérisme Cardiaque

Le cathétérisme cardiaque est une technique invasive qui consiste à introduire une sonde (cathéter) dans les cavités cardiaques et les vaisseaux sanguins. * Historique : En 1929, Werner Forssmann a réalisé le premier auto-cathétérisme cardiaque, introduisant une sonde dans une veine de son bras jusqu'à son cœur, sous contrôle radiographique. André Cournand a ensuite codifié cette technique chez l'homme, précisant ses applications physiologiques et cliniques en reliant l'extrémité de la sonde à un manomètre pour mesurer les pressions. * Principe : Le cathéter est avancé à travers le système vasculaire (généralement via une veine ou une artère) jusqu'aux cavités cardiaques. Il permet de mesurer directement les pressions dans les oreillettes, les ventricules et les gros vaisseaux, ainsi que de prélever des échantillons de sang et d'injecter des agents de contraste pour des images radiographiques. * Limitations : Étant invasif, il comporte des risques (saignement, infection, arythmie).

Méthodes Non Invasives

Ces techniques sont privilégiées car elles ne nécessitent pas de pénétrer le corps, réduisant les risques pour le patient. * Échographie cardiaque : Utilise des ultrasons pour visualiser en temps réel les structures cardiaques, leur mouvement, le flux sanguin et les changements de volume. C'est la méthode la plus courante pour évaluer la fonction cardiaque. * Électrocardiogramme (ECG) : Enregistre l'activité électrique du cœur. Les ondes (P, QRS, T) de l'ECG sont corrélées aux événements mécaniques du cycle cardiaque. Par exemple, l'onde P correspond à la dépolarisation auriculaire, le complexe QRS à la dépolarisation ventriculaire, et l'onde T à la repolarisation ventriculaire. * Phonocardiographie : Enregistre les bruits cardiaques produits par la fermeture des valves et le flux sanguin, offrant une représentation visuelle des sons perçus à l'auscultation. * Auscultation cardiaque : Écoute des bruits du cœur à l'aide d'un stéthoscope. C'est une méthode simple mais essentielle pour détecter des bruits anormaux (souffles, claquements) qui peuvent indiquer des pathologies valvulaires ou septales.

Phases du Cycle Cardiaque et Modifications Ventriculaires

Le cycle cardiaque est généralement décrit en se basant sur les événements se déroulant dans le ventricule gauche, car il est le principal moteur de la circulation systémique. Le diagramme de Wiggers est un outil graphique qui intègre l'ECG, les pressions (auriculaire, ventriculaire, aortique), les volumes ventriculaires et les bruits cardiaques sur un même axe temporel.

1. Systole Auriculaire (ou Contraction Atriale)

Cette phase, bien que brève, est cruciale pour optimiser le remplissage ventriculaire. Elle survient à la fin de la diastole ventriculaire et est déclenchée par l'onde P de l'ECG. * Déclenchement : Activité électrique du nœud sinusal (NSA), à l'origine de l'onde P de l'ECG. * État des cavités : Les oreillettes et les ventricules sont relâchés au début de cette phase. La pression auriculaire (PO) est supérieure à la pression ventriculaire (PV), ce qui maintient les valves auriculo-ventriculaires (VAV) (mitrale et tricuspide) ouvertes. Le sang s'est déjà écoulé passivement des oreillettes vers les ventricules (remplissage rapide et lent). * Contraction : L'oreillette se contracte, éjectant le sang restant dans le ventricule. Cette contraction auriculaire contribue à environ 20% du remplissage ventriculaire total, optimisant le volume télédiastolique (VTD). * Modifications de volume et pression dans le ventricule : * Le volume ventriculaire augmente légèrement en raison de l'apport sanguin supplémentaire de l'oreillette. * La pression ventriculaire augmente légèrement mais reste inférieure à la pression aortique. * Les événements sont qualitativement identiques pour les ventricules gauche (VG) et droit (VD), bien que les pressions soient différentes (pressions plus élevées à gauche). * Bruits cardiaques : La fin du remplissage peut être associée à un Bruit B4 (rarement audible chez l'adulte sain), dû à la vibration du ventricule lors de ce remplissage forcé.

2. Systole Ventriculaire

Cette phase débute juste après le complexe QRS de l'ECG et correspond à la contraction des ventricules, aboutissant à l'éjection du sang. Elle est subdivisée en deux parties :

a. Contraction Isovolumétrique (ou Isovolumique)

* Déclenchement : Début du complexe QRS de l'ECG, indiquant la dépolarisation des ventricules et le début de leur contraction. * Fermeture des VAV : Dès que la pression ventriculaire () commence à augmenter et dépasse la pression auriculaire (), les valves auriculo-ventriculaires (mitrale et tricuspide) se ferment brutalement. Cette fermeture empêche le reflux du sang vers les oreillettes. * Bruit cardiaque : La fermeture des VAV génère le Premier bruit du cœur (B1), décrit comme sourd, grave et prolongé (« TOUM »). Ce bruit est principalement dû à la tension des valves et des cordages tendineux sous l'effet de la pression ventriculaire montante, ainsi qu'aux vibrations du muscle ventriculaire. * État des valves sigmoïdes : Pendant cette phase, les valves aortique et pulmonaire (valves sigmoïdes) sont encore fermées car la pression ventriculaire n'a pas encore dépassé la pression des gros vaisseaux (aorte et artère pulmonaire). * Modifications de volume et pression dans le ventricule : * Le volume ventriculaire reste constant (d'où le terme "isovolumétrique"), car aucune valve n'est ouverte pour laisser entrer ou sortir le sang. * La pression ventriculaire augmente très rapidement et de manière spectaculaire à mesure que le muscle se contracte dans une cavité fermée. * Ce processus se termine lorsque la pression ventriculaire dépasse la pression des artères (aortique ou pulmonaire).

b. Phase d'Éjection Ventriculaire

* Ouverture des valves sigmoïdes : Lorsque la pression ventriculaire () dépasse la pression aortique () ou pulmonaire, les valves sigmoïdes (aortique à gauche, pulmonaire à droite) s'ouvrent. * Éjection du sang : Le sang est propulsé hors des ventricules vers l'aorte et l'artère pulmonaire. Cette éjection est d'abord rapide, puis plus lente vers la fin de la systole. * Raccourcissement des fibres : Les fibres musculaires cardiaques se raccourcissent, entraînant une diminution du volume ventriculaire. * Volume éjecté : Le Volume d'Éjection Systolique (VES) est la quantité de sang éjectée par un ventricule lors d'une systole. Il est calculé comme la différence entre le volume télédiastolique (VTD, volume en fin de diastole) et le volume télésystolique (VTS, volume restant en fin de systole) : . * Modifications de volume et pression dans le ventricule : * Le volume ventriculaire diminue considérablement à mesure que le sang est éjecté. * La pression ventriculaire atteint un pic avant la fin de l'éjection, puis commence à diminuer légèrement. La pression aortique augmente initialement avec l'éjection, atteignant un pic, puis diminue progressivement. * Effet Windkessel : Ce terme décrit le rôle de l'aorte et des grandes artères élastiques. Elles absorbent l'onde de choc de l'éjection systolique en se distendant, puis restituent cette énergie en se rétractant pendant la diastole, maintenant ainsi une pression artérielle stable et un flux sanguin continu.

3. Diastole Générale

Cette phase correspond à la relaxation et au remplissage des ventricules. Elle est déclenchée par l'onde T de l'ECG, qui représente la repolarisation des ventricules.

a. Relaxation Isovolumétrique (ou Isovolumique)

* Déclenchement : Début de l'onde T de l'ECG. * Fermeture des valves sigmoïdes : Lorsque la pression ventriculaire () diminue et devient inférieure à la pression aortique () ou pulmonaire, le sang a tendance à refluer vers les ventricules, provoquant la fermeture brutale des valves sigmoïdes. Ce phénomène est visible sur la courbe de pression aortique par l'incisure dicrote (ou catacrote). * Bruit cardiaque : La fermeture des valves sigmoïdes génère le Deuxième bruit du cœur (B2), décrit comme sec, plus frappé et plus craquant (« TA »). B2 sépare le "petit silence" (entre B1 et B2) du "grand silence" (entre B2 et B1 suivant). * Modifications de volume et pression dans le ventricule : * Le volume ventriculaire reste constant (isovolumétrique) car toutes les valves (VAV et sigmoïdes) sont fermées. * La pression ventriculaire chute rapidement et fortement à mesure que le muscle se relâche. * Cette phase se termine lorsque la pression ventriculaire devient inférieure à la pression auriculaire, permettant l'ouverture des VAV.

b. Remplissage Ventriculaire

* Ouverture des VAV : Lorsque la pression ventriculaire () descend en dessous de la pression auriculaire (), les valves auriculo-ventriculaires s'ouvrent. * Remplissage rapide (protodiastole) : Le sang qui s'est accumulé dans les oreillettes pendant la systole ventriculaire s'écoule rapidement dans les ventricules relâchés. C'est la phase principale du remplissage ventriculaire. * Bruit cardiaque : Un Bruit B3 peut être audible chez les enfants ou les jeunes adultes, dû à la vibration du ventricule lors de ce remplissage rapide. Il peut être un signe pathologique chez l'adulte plus âgé. * Remplissage lent (diastasis) : Le flux sanguin ralentit à mesure que les pressions s'équilibrent entre oreillettes et ventricules. * Modifications de volume et pression dans le ventricule : * Le volume ventriculaire augmente rapidement puis plus lentement, pour atteindre le volume télédiastolique (). * La pression ventriculaire reste basse et augmente très légèrement à mesure que le ventricule se remplit. * Conditions particulières : * Un remplissage efficace est vital. Même avec une fréquence cardiaque très rapide (par exemple, supérieure à 200 battements par minute, ), le remplissage peut être insuffisant, entraînant une diminution du volume d'éjection systolique (). * En cas de fibrillation atriale, les contractions auriculaires sont totalement incoordonnées, ce qui fait perdre aux oreillettes leur fonction de pompe (contribution de 20% au remplissage). Le remplissage ventriculaire dépend alors entièrement du flux passif, ce qui peut compromettre le VES.

Pressions de la Circulation Pulmonaire

Les variations de pression dans le ventricule droit (VD) et l'artère pulmonaire (AP) sont qualitativement similaires à celles du ventricule gauche (VG) et de l'aorte, mais quantitativement très différentes. La circulation pulmonaire est un système à basse pression comparé à la circulation systémique. * Ventricule Droit/Artère Pulmonaire : * Pression artérielle systolique (PAS) typique : * Pression artérielle diastolique (PAD) typique : * Ventricule Gauche/Aorte : * Pression artérielle systolique (PAS) typique : * Pression artérielle diastolique (PAD) typique : Ces chiffres illustrent la différence d'effort nécessaire pour pomper le sang dans la petite circulation (poumons) versus la grande circulation (reste du corps).

Bruits du Cœur et Auscultation

Les bruits du cœur sont des sons générés par l'activité cardiaque, principalement par la fermeture des valves. Ils sont essentiels pour l'évaluation clinique.

Sites d'Auscultation des Bruits Valvulaires

Pour une auscultation efficace, le stéthoscope est apposé à des endroits spécifiques de la paroi thoracique, qui correspondent aux zones où les bruits de chaque valve sont le mieux entendus : * Valve aortique : 2^e espace intercostal, bord droit du sternum. * Valve du tronc pulmonaire : 2^e espace intercostal, bord gauche du sternum. * Valve auriculo-ventriculaire gauche (mitrale) : Apex du cœur (pointe), au 5^e espace intercostal, vis-à-vis du milieu de la clavicule. * Valve auriculo-ventriculaire droite (tricuspide) : Généralement au 5^e espace intercostal, bord droit du sternum.

Bruits Cardiaques Normaux

* Premier bruit (B1) : * Tonalité basse, sourd et prolongé (« TOUM »). * Correspond à la fermeture des valves auriculo-ventriculaires (mitrale et tricuspide) au début de la systole ventriculaire. Il est également associé à la contraction isovolumétrique du ventricule. * Deuxième bruit (B2) : * Plus intense, sec et claquant (« TA »). * Correspond à la fermeture des valves sigmoïdes (aortique et pulmonaire) au début de la diastole ventriculaire (relaxation isovolumétrique).

Bruits Anormaux (Souffles Cardiaques)

Normalement, l'écoulement du sang dans le cœur et les vaisseaux est laminaire, c'est-à-dire fluide et silencieux. Des bruits anormaux, appelés souffles, surviennent lorsque le flux sanguin devient turbulent. * Causes de turbulence : * Sténose valvulaire : Une valve anormalement étroite ou rigide ne s'ouvre pas complètement, créant un obstacle au flux sanguin et générant un souffle lorsque le sang traverse l'ouverture rétrécie. * Insuffisance valvulaire : Une valve ne se ferme pas correctement, permettant un écoulement rétrograde (régurgitation) du sang dans la chambre précédente, ce qui crée également de la turbulence et un souffle. En résumé, la compréhension détaillée du cycle cardiaque, de ses phases électriques et mécaniques, des variations de pression et de volume, ainsi que l'interprétation des bruits cardiaques, sont des compétences fondamentales pour tout professionnel de la santé.