B8 · Système cardiovasculaire
Cycle cardiaque et relation pression–volume
Décrire la succession des phases du cycle cardiaque, les variations de pression et de volume et le jeu des valves. Construire et interpréter la boucle pression-volume ventriculaire.
Physiologie6 min de lecture15 QCM corrigés
Repères sur le cycle cardiaque
L'activité électrique qui déclenche chaque cycle dépend de l'automatisme et du tissu nodal, étudiés dans la fiche précédente. Ici, le cycle est décrit du point de vue mécanique, principalement pour le cœur gauche. Le cœur droit suit la même succession, mais fonctionne à des pressions plus faibles.
Les valves cardiaques imposent un écoulement orienté :
- les valves atrioventriculaires, mitrale à gauche et tricuspide à droite, séparent atriums et ventricules ;
- les valves artérielles, aortique à gauche et pulmonaire à droite, séparent ventricules et artères.
Elles ne s'ouvrent pas par contraction propre. Leur état dépend du gradient de pression, c'est-à-dire de la différence de pression entre leurs deux faces. Une valve s'ouvre lorsque la pression en amont devient supérieure à celle située en aval.
Succession des phases du cycle
Remplissage ventriculaire
Au début du remplissage, la pression ventriculaire est inférieure à la pression atriale. La valve atrioventriculaire est donc ouverte, tandis que la valve artérielle est fermée.
Le sang passe de l'atrium vers le ventricule. Le volume ventriculaire augmente alors que la pression ventriculaire reste relativement faible, car le ventricule relâché est distensible. Le remplissage comprend :
- un remplissage rapide, favorisé par la chute de pression ventriculaire ;
- une phase de ralentissement appelée diastase, pendant laquelle les pressions atriale et ventriculaire deviennent proches ;
- la systole atriale, qui élève légèrement la pression atriale et complète le remplissage ventriculaire.
Le volume atteint à la fin de la diastole est le volume télédiastolique.
Contraction isovolumétrique
La contraction ventriculaire débute et la pression ventriculaire augmente. Dès qu'elle dépasse la pression atriale, la valve atrioventriculaire se ferme. La valve artérielle reste encore fermée tant que la pression ventriculaire demeure inférieure à la pression artérielle.
Les deux valves étant fermées, aucun sang n'entre ni ne sort du ventricule : son volume reste égal au . La contraction est dite isovolumétrique, car elle augmente la pression sans modifier le volume.
Éjection ventriculaire
Lorsque la pression ventriculaire devient supérieure à la pression aortique à gauche ou pulmonaire à droite, la valve artérielle s'ouvre. Le sang est éjecté et le volume ventriculaire diminue.
L'éjection est d'abord rapide, puis ralentit. La pression ventriculaire augmente initialement jusqu'à un maximum, puis diminue malgré la poursuite de l'éjection. La pression artérielle suit d'abord l'élévation ventriculaire, puis commence également à décroître.
Lorsque la pression ventriculaire devient inférieure à la pression artérielle, un bref reflux tend à se produire et ferme la valve artérielle. Cette fermeture marque la fin de l'éjection.
Le volume restant dans le ventricule est le volume télésystolique.
Relaxation isovolumétrique
Après la fermeture de la valve artérielle, le ventricule se relâche. La valve atrioventriculaire reste fermée tant que la pression ventriculaire est supérieure à la pression atriale.
Les deux valves sont donc fermées : le volume demeure égal au , tandis que la pression ventriculaire chute rapidement. Lorsque celle-ci devient inférieure à la pression atriale, la valve atrioventriculaire s'ouvre et un nouveau remplissage commence.
Variations coordonnées des pressions
Trois pressions doivent être suivies pour comprendre le cœur gauche :
- la pression atriale gauche, faible, qui commande l'ouverture de la valve mitrale par rapport à la pression ventriculaire ;
- la pression ventriculaire gauche, très variable, qui s'élève pendant la systole puis chute pendant la relaxation ;
- la pression aortique, qui reste positive pendant toute la diastole grâce au recul élastique de la paroi artérielle.
La fermeture de la valve aortique provoque une petite inflexion de la pression aortique appelée incisure dicrote. La pression aortique décroît ensuite progressivement pendant la diastole à mesure que le sang quitte le secteur artériel.
La durée de la systole varie moins que celle de la diastole. Quand la fréquence cardiaque augmente, le raccourcissement du cycle porte donc surtout sur la diastole, ce qui réduit le temps disponible pour le remplissage.
Construction de la boucle pression-volume
Le volume ventriculaire est placé en abscisse et la pression ventriculaire en ordonnée. Le temps n'est pas représenté sur un axe : il est suivi par le parcours de la boucle, généralement dans le sens antihoraire pour le ventricule gauche.
Les quatre angles de la boucle correspondent aux événements valvulaires successifs :
- fermeture de la valve atrioventriculaire à la fin du remplissage ;
- ouverture de la valve artérielle à la fin de la contraction isovolumétrique ;
- fermeture de la valve artérielle à la fin de l'éjection ;
- ouverture de la valve atrioventriculaire à la fin de la relaxation isovolumétrique.
Interprétation de la boucle
La largeur de la boucle correspond au volume de sang éjecté pendant une systole.
La fraction d'éjection exprime la proportion du volume télédiastolique effectivement éjectée.
La branche inférieure renseigne sur les propriétés diastoliques du ventricule : une forte augmentation de pression pour une faible augmentation de volume traduit une moindre distensibilité. L'aire comprise à l'intérieur de la boucle représente le travail mécanique externe fourni par le ventricule pour éjecter le sang.
La précharge, la postcharge et la contractilité modifient la forme et la position de cette boucle ; leurs définitions et leurs effets détaillés relèvent de la fiche suivante consacrée au débit cardiaque.
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