M2S1 Le cœur

Question 1

Quel rôle important joue le cœur ?

Answer 1

La diffusion des molécules est un processus physiologique important de transport à courte distance (passage des
solutés d’un milieu à un autre) dans les organes.

Pour de grandes distances (transport des solutés dans l’organisme), la mise en circulation du sang joue un rôle important.

Les fonctions de distribution du sang ne peuvent être réalisées sans une mise en mouvement du sang.

Cette mise en mouvement chez l’Homme est réalisée par la contraction du cœur, muscle creux assurant la propulsion du sang dans les vaisseaux sanguins grâce à son activité contractile.

Question 2

Où est situer le cœur ?

Answer 2

Le cœur est un organe situé dans le médiastin, d’une masse de 250 g environ.

Question 3

Que trouve t-on sur la face antérieure du cœur, en position céphalique ?

Answer 3

Sur la face antérieure du cœur, en position céphalique, se trouvent les artères ;

le tronc pulmonaire donnant naissance aux artères pulmonaires gauche et droite est situé à gauche ;

l’artère aorte est située à droite.

Les artères sont appelées vaisseaux efférents.

Question 4

Que trouve t-on sur la face postérieur du cœur, en position céphalique ?

Answer 4

Sur la face postérieure, en position céphalique, se trouvent les veines ;

les veines caves supérieure et inférieure à droite, et les veines pulmonaires à gauche.

Les veines sont appelées vaisseaux afférents.

Question 5

Comment le cœur est il alimenté en nutriment ?

Answer 5

Le cœur est un organe ayant une activité métabolique intense.

Les nutriments sont apportés par les vaisseaux coronaires (ainsi dénommés car les vaisseaux forment une couronne autour du cœur).

La densité de capillaires est élevée ; la distance capillaire/cellule est la plus courte de l’organisme (7 μm) ;

ces données montrent que le cœur est un organe nécessitant un apport en nutriments important (glucose et O2).

Question 6

Vascularisation du cœur :

Answer 6

Les vaisseaux coronaires sont issus directement de l’artère aorte.

Le sang veineux est recueilli par les veines coronaires qui aboutissent dans l’oreillette droite.

Question 7

Quelle est la structure générale du cœur ?

Answer 7

Le cœur a une structure double et asymétrique (les cavités de chaque hémi-cœur n’ont pas le même volume). Il est constitué des deux pompes qui alimentent deux circulations :

• l’hémi-coeur droit alimente la circulation pulmonaire ;
• l’hémi-coeur gauche alimente la circulation systémique.

Chaque pompe est divisée en deux cavités.

Au total, le cœur est constitué de quatre cavités, deux oreillettes (en position céphalique) et deux ventricules (en position caudale).

Les oreillettes sont séparées par le septum auriculaire, et les ventricules par le septum interventriculaire.

Question 8

Quelles sont les différence entre le ventricule gauche et droit ? A quoi sont liées ces différences ?

Answer 8

Les caractéristiques physiques de chaque ventricule sont différentes.

• Le ventricule gauche a une paroi plus épaisse que le ventricule droit.
• Le diamètre du ventricule gauche est plus important que celui du ventricule droit.

Ces différences ont une importance physiologique, sur le plan fonctionnel.

L’hémi-cœur gauche doit envoyer le sang dans tout l’organisme et la pression d’expulsion du sang est de 16 kPa.

Dans l’hémi-coeur droit, la pression d’expulsion du sang est de 2 kPa, suffisant pour la circulation pulmonaire.

Question 9

Par quoi sont relié les cavités cardiaques ?

Answer 9

Les cavités cardiaques sont reliées entre elles par un système de valves, empêchant le reflux sanguin lors de la contraction des cavités.

Les valves situées entre les oreillettes et les ventricules sont appelées valves auriculo-ventriculaires (bicuspide ou mitrale dans l’hémi-cœur gauche, et tricuspide dans l’hémi-cœur droit) et sont intégrées à la paroi cardiaque sur des piliers musculaires par des structures fibreuses appelées cordages tendineux.

Les valves situées entre les ventricules et les artères sont appelées valves sigmoïdes (aortique et pulmonaire).

Les valves ont un fonctionnement passif, leur ouverture et leur fermeture sont effectives suivant le gradient de pression.

Question 10

Comment est organisée la paroi cardiaque ?

Answer 10

La paroi cardiaque est composée de trois tuniques (couches de tissus, situés en surface d’un organe et constituant la paroi) :

• l’épicarde, couche la plus externe ; il correspond au feuillet viscéral du péricarde, c’est un tissu conjonctif ;
• le myocarde, couche médiane ; il correspond à la couche musculaire du cœur ;
• l’endocarde, couche la plus interne ; il correspond à un tissu endothélial (épithélium de revêtement du milieu intérieur).

Question 11

Comment sont disposés les cardiomyocytes ?

Answer 11

Les cardiomyocytes contractiles (fibre musculaire cardiaque) sont disposés de façon à donner une grande résistance à la paroi cardiaque.

Les fibres sont associées en couches longitudinales, obliques et circulaires.

Question 12

Quelle est la sstrucutre d’un cardiomyocyte contractile ?

Answer 12

L’ultrastructure des cardiomyocytes montre que :

• les fibres sont allongées ;
• le cytosquelette représente 48 % du volume cellulaire total. Le cytosquelette est composé de myofilaments épaisde myosine et d’actine, organisés en sarcomères ;
• le volume mitochondrial représente 36 % du volume cellulaire total ;
• les réserves en glycogène sont importantes ;
• ces cellules possèdent un réticulum endoplasmique ;
• ces cellules présentent des tubules T, au niveau des stries Z ;
• les cardiomyocytes sont des cellules individualisées, de petite taille (50 à 100 μm de long pour 10 à 15 μm delarge) à noyau central unique ;
• les myofibrilles ne sont pas cylindriques et forment un réseau tridimensionnel avec des ramifications ; les cardiomyocytes ont une forme de Y ou de X ;
• l’adhésion des cardiomyocytes entre eux est réalisée par des desmosomes ;
• tous les cardiomyocytes sont reliés entre eux par un système de jonctions lacunaires formant alors un syncytium fonctionnel interconnecté.

Question 13

Qu’est ce qu’un syncytium ?

Answer 13

Une masse de cytoplasme délimitée par une membrane et comportant plusieurs noyaux.

Question 14

Quelle est la structure d’un cardiomyocyte nodale ?

Answer 14

Les cardiomyocytes nodaux sont des cellules arrondies de petite taille (3 à 10 μm), peu contractiles mais ayant des propriétés d’automatisme et de conduction.

Les cellules sont organisées en nœuds (nœud sinusal dans l’oreillette droite et nœud auriculo-ventriculaire dans le septum auriculo-ventriculaire droit) ou en tissu conducteur (faisceau de His dans le septum interventriculaire et réseau de Purkinje dans les ventricules).

Question 15

Quelle est la particularité de la contraction cardiaque ?

Answer 15

Le cœur est un organe capable de battre de façon autonome, indépendamment de l’environnement.

L’automatisme est myogène et apparaît spontanément.

Néanmoins, l’autorythmicité du cœur peut être modifiée (par le système nerveux et hormonal).

Question 16

Qu’est ce que le potentiel pacemaker ?

Answer 16

La membrane des cardiomyocytes nodaux est le siège d’une dépolarisation lente et spontanée, due à une instabilité du potentiel membranaire ; ce potentiel est appelé potentiel pacemaker.

Question 17

Concentration intracellulaire en ions :

Answer 17

K+ = 155 mmol/L

Na+ = 12 mmol/L

Ca2+ = 10^-4 mmol/L

Cl– = 20 mmol/L

Question 18

Concentration extracellulaire en ions :

Answer 18

K+ = 4 mmol/L

Na+ = 145 mmol/L

Ca2+ = 1,2 mmol/L

Cl– = 123 mmol/L

Question 19

A quoi est du l’instabilité du potentiel membranaire des cardiomyocytes ?

Answer 19

Le potentiel membranaire est exprimé en mV.

Le potentiel membranaire correspond à un potentiel électrostatique dû à une répartition inégale des ions de part et d’autre de la membrane.

Les cardiomyocytes nodaux sont perméables aux ions K+ et Na+ par la présence de canaux de fuite spécifiques à ces ions.

L’instabilité électrique membranaire provient de la présence d’un courant de Na+, dont la conductance est supérieure à celle du K+ et qui permet d’augmenter la polarité membranaire.

Question 20

Comment se déroule un potentiel d’action dans un cardiomyocyte nodal ?

Answer 20

Lorsque la polarité membranaire atteint le seuil de –50 mV, les cardiomyocytes nodaux déclenchent un phénomène appelé potentiel d’action.

Le potentiel d’action des cellules nodales présente deux phases :

• une phase de dépolarisation qui se traduit par une diminution de la perméabilité au Na+ et une augmentation de la perméabilité au Ca2+ par l’ouverture de canaux Ca2+ voltage dépendant ;
• une phase de repolarisation qui se traduit par une diminution de la perméabilité au Ca2+ et une augmentation de la perméabilité au K+.

En fin de repolarisation, la perméabilité au K+ diminue en même temps que la perméabilité au Na+ augmente (et restaure le potentiel membranaire).

Question 21

D’où provient l’excitabilité du tissu nodal ?

Answer 21

L’origine de l’excitabilité du tissu nodal est localisée au niveau du nœud sinusal (fréquence de 75 min–1), mais le nœud auriculo-ventriculaire et le faisceau de His ont également une propriété autorythmique (60 min–1 et 30 min–1).

Question 22

Quelle différence y a t-il entre le potentiel d’action entre les cardiomyocytes contractiles et nodaux ?

Answer 22

Les cardiomyocytes contractiles ont la capacité d’émettre un potentiel d’action, différent des cardiomyocytes nodaux.

Dans les cardiomyocytes contractiles, la membrane cytoplasmique est plus perméable au K+ qu’au Na+ (le potentiel membranaire est de –80 mV).

À l’inverse des cardiomyocytes nodaux, le potentiel membranaire est stable lorsque la cellule n’est pas excitée, ce potentiel est appelé potentiel membranaire de repos ;

la stabilité de ce potentiel est due à la présence sur la membrane cytoplasmique d’un transporteur actif appelé « pompe Na+/K+ ATPase ».

Question 23

Quelles sont les phases de l’excitation des cardiomyocytes contractiles ?

Answer 23

Lors de l’excitation (calcium dépendante) des cardiomyocytes contractiles par les cardiomyocytes nodaux, les
cellules contractiles présentent un potentiel d’action en quatre phases :

• une phase de dépolarisation qui se traduit par une augmentation de la perméabilité au Na+ et une diminution de la perméabilité au K+, par l’ouverture de canaux Na+ voltage dépendant ;
• une phase de repolarisation partielle qui se traduit par une augmentation brève et transitoire de la perméabilité au K+ par une ouverture des canaux K+ voltage dépendant à ouverture brève
• un plateau de dépolarisation qui se traduit par une augmentation de la perméabilité au Ca2+, due à une ouverture des canaux calcique voltage dépendant, la perméabilité au K+ augmente en parallèle ;
• une phase de repolarisation sur la qui se traduit par une diminution de la perméabilité au Ca2+ et une augmentation de la perméabilité au K+, par la fermeture des canaux Ca2+ voltage dépendant et l’ouverture de canaux K+ voltage dépendant à ouverture plus lente (type L).

En fin de repolarisation, les concentrations ioniques sont rétablies grâce à la pompe Na+/K+ ATPase, la polarité membranaire est constante

Question 24

Qu’est ce que la période réfractaire ?

Answer 24

Le potentiel d’action des cardiomyocytes contractiles dure environ 200 ms.

Pendant ce temps, les cardiomyocytes sont insensibles à toute autre stimulation.

Il faut que l’ensemble des canaux voltages dépendants soient fermés et actifs pour qu’un nouveau potentiel d’action puisse être émis.

Cette période entre l’émission d’un potentiel d’action et l’émission d’un nouveau potentiel d’action est appelée « période réfractaire ».

L’excitabilité repose sur la différenciation de la membrane cytoplasmique (quant à la perméabilité de la membrane aux ions) et l’existence des canaux voltages dépendants. Une fois la perméabilité établie, les mouvements d’ions se font selon le gradient électrochimique.

Question 25

Que permet les jonctions communicantes lacunaires ?

Answer 25

Le cœur est un organe indépendant mais coordonné.

Le rythme cardiaque est produit par le nœud sinusal.

Les cardiomyocytes présentent des jonctions communicantes lacunaires qui permettent aux cardiomyocytes de former un syncytium fonctionnel.

Les jonctions communicantes lacunaires permettent de faire passer un courant iCa2+ (calcium intracellulaire) au moment de la dépolarisation des cellules, de proche en proche.
Le tableau ci-dessous indique les moments auxquels les structures nodales émettent un potentiel d’action.

Question 26

Qu’est ce qu’un électrocardiogramme ?

Answer 26

L’électrocardiogramme est une technique de diagnostic fonctionnel de l’activité électrique du cœur.

L’activité électrique du cœur correspond à la somme des activités électriques de chaque cardiomyocyte.

L’activité électrique du cœur est mesurée à l’aide d’électrodes positionnées en surface du corps.

Les électrodes mesurent la différence de potentiel entre chacune d’elles ; le résultat est exprimé à l’aide d’une courbe appelée électrocardiogramme (ECG).

L’ECG permet de mettre en évidence des anomalies cardiaques telles que la tachycardie, l’arythmie ou l’infarctus du myocarde.

Question 27

Quels évènements sont présents sur l’ECG ?

Answer 27

L’ECG présente plusieurs événements :

• l’onde P
• le segment PQ
• le complexe QRS
• le segment ST
• l’onde T

Question 28

A quoi correspond l’onde P ?

Answer 28

A la dépolarisation des oreillettes ;

Question 29

A quoi correspond le segment PQ ?

Answer 29

Au temps de conduction du signal, des oreillettes aux ventricules

Question 30

A quoi correspond le complexe QRS

Answer 30

A la dépolarisation des ventricules

(la repolarisation des oreillettes n’est pas visible à cause de la trop grande amplitude de la dépolarisation des ventricules)

Question 31

A quoi correspond le segment ST ?

Answer 31

Au plateau de dépolarisation des cardiomyocytes contractiles ventriculaires

Question 32

A quoi correspond l’onde T ?

Answer 32

A la repolarisation des ventricules.

Question 33

De quoi dépend la contraction des cardiomyocytes contractiles

Answer 33

La contraction des cardiomyocytes contractiles dépend du courant iCa2+.

Le Ca2+ se fixe sur des récepteurs intracellulaires, situés en surface du réticulum sarcoplasmique, et permet la libération d’une grande quantité de calcium (contenu initialement dans la matrice sarcoplasmique) dans le cytosol ; la libération du calcium sarcoplasmique dépend du courant iCa2+.

L’augmentation intracellulaire du Ca2+ provoque la contraction du cardiomyocyte par raccourcissement des sarcomères.

Le Ca2+ intracellulaire libéré par le réticulum sarcoplasmique (à 75%) et issu du iCa2+ (à 25%) se lie à la troponine, entraînant le déplacement de la tropomyosine, et libère le site de fixation de l’actine sur la myosine.

La tête de la myosine pivote et favorise le glissement des filaments les uns sur les autres.

Ce mécanisme est ATP dépendant.

Le relâchement musculaire s’effectue au moment de la recapture du Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique grâce à une pompe Ca2+ ATPase

Question 34

Qu’est ce qu’un sarcomère ?

Answer 34

Le sarcomère est l’unité contractile des cellules musculaires.

Le sarcomère est un ensemble de protéines du cytosquelette, filaments de myosine et d’actine associés à des protéines globulaires troponine et tropomyosine.

Le Ca2+ intracellulaire libéré par le réticulum sarcoplasmique (à 75%) et issu du iCa2+ (à 25%) se lie à la troponine, entraînant le déplacement de la tropomyosine, et libère le site de fixation de l’actine sur la myosine.

La tête de la myosine pivote et favorise le glissement des filaments les uns sur les autres. Ce mécanisme est ATP dépendant.
Le relâchement musculaire s’effectue au moment de la recapture du Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique grâce à une pompe Ca2+ ATPase

Question 35

Qu’est ce que le cycle cardiaque ?

Answer 35

Le cycle cardiaque (présenté par le diagramme de Wiggers) correspond à une succession d’événements permettant la propulsion du sang dans les vaisseaux artériels à partir du remplissage des cavités cardiaques du sang veineux.

Le cycle cardiaque est une succession de contractions (systole) et de relâchement (diastole).

Question 36

Quels phénomènes électriques et mécaniques ont lieu lors de la systole auriculaire ?

Answer 36

• Phénomène électrique :
  Dépolarisation des oreillettes, apparition de l’onde P.
• Phénomènes mécaniques :
  Les cardiomyocytes contractiles des oreillettes se contractent, la pression sanguine intra-auriculaire augmente, elle est supérieure à la pression sanguine intraventriculaire. Les ventricules se remplissent de façon active ; le volume sanguin intraventriculaire augmente.

Question 37

Quels phénomènes électriques et mécaniques ont lieu lors de la systole ventriculaire isovolumétrique ?

Answer 37

• Phénomène électrique :
  Dépolarisation des ventricules (et repolarisation des oreillettes), apparition du complexe QRS.
• Phénomènes mécaniques :
  Les cardiomyocytes contractiles des ventricules se contractent, la pression sanguine intra-ventriculaire augmente et devient supérieure à la pression sanguine intra-auriculaire. Les valves auriculo-ventriculaires se ferment et émettent un bruit (audible au phonogramme). Le volume sanguin intra-ventriculaire est inchangé (d’où isovolumétrique).

Question 38

Quels phénomènes électriques et mécaniques ont lieu lors de la systole ventriculaire isotonique ?

Answer 38

• Phénomène électrique :
  Plateau de dépolarisation des ventricules, apparition du segment ST.
• Phénomènes mécaniques :
  La pression sanguine intra-ventriculaire devient égale à la pression intra-artérielle.
  La contraction des cardiomyocytes ventriculaires éjecte le sang dans les vaisseaux artériels (le volume d’éjection systolique aortique est d’environ 70 mL).

Les pressions sanguines intraventriculaires et intra-aortiques évoluent parallèlement ; l’augmentation des pressions est due à l’éjection du sang et la diminution des pressions à la diminution du volume sanguin intra-ventriculaire.

Question 39

Quels phénomènes électriques et mécaniques ont lieu lors de la diastole ventriculaire isovolumétrique ?

Answer 39

• Phénomène électrique :
  Repolarisation des ventricules, apparition de l’onde T.
• Phénomènes mécaniques:
  La pression sanguine intra-ventriculaire devient inférieure à la pression sanguine intra-artérielle. Cette diminution de pression est due au relâchement des cardiomyocytes. Le volume de sang présent dans les artères exerce une pression sur les valves sigmoïdes qui se ferment et émettent un bruit (audible au phonogramme).

Question 40

Quels phénomènes électriques et mécaniques ont lieu lors de la diastole génrale ?

Answer 40

• Phénomène électrique :
  Repolarisation générale de l’ensemble des cardiomyocytes, apparition du segment TP.
• Phénomènes mécaniques
  La pression sanguine intra-ventriculaire devient inférieure à la pression sanguine intra-auriculaire.
  Les valves auriculo-ventriculaires s’ouvrent sous l’effet de la pression sanguine intra-auriculaire ; le sang pénètre dans les ventricules ; le remplissage des ventricules est un remplissage passif ; le volume sanguin intra ventriculaire augmente.

Question 41

Quels évènements se succèdent dans le cycle cardiaque ?

Answer 41

SYSTOLE CARDIAQUE :

• la systole auriculaire
• la systole ventriculaire iso volumique
• la systole ventriculaire isotonique

DIASTOLE CARDIAQUE

• diastole ventriculaire isovolumétrique
• diastole générale