Pendant la diastole, le cœur se relâche et le sang remplit les

GENERALITES
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LE CŒUR EN TANT QUE POMPE (1)
le sang réoxygéné
revient des poumons
• Le cœur est sans conteste l’un des organes les plus importants
oreillette
droite
chez les animaux supérieurs.
• Ce muscle effectue un travail incroyable: un cœur moyen
pompe environ 6 litres de sang par minute, soit en 70 ans de
vie 220 millions de litres de sang.
• Son fonctionnement se base sur l’enchaînement temporel
d’événements mécaniques et électriques complexes, régulé de
manière dynamique.
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LE CŒUR EN TANT QUE POMPE (2)
oreillette
gauche
le sang désoxygéné
pénètre
le sang part
dans le corps
via l’aorte
le sang est expulsé
vers les poumons
via l’artère pulmonaire
ventricule
droit
ventricule
gauche
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• Pendant la diastole, le cœur se relâche et le sang remplit
les oreillettes et les ventricules. Pendant la systole les
ventricules se contractent et chassent le sang.
• Notons que des valves empêchent le sang de refluer tout
en garantissant la progession de celui-ci:
– La valve tricuspide entre oreillette droite et ventricule droit.
– La valve pulmonaire à la sortie du ventricule droit.
– La valve mitrale entre oreillette gauche et ventricule gauche.
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LE CŒUR EN TANT QUE POMPE (3)
4
• Les phases des contraction harmonieuse des oreillettes
et ventricules sont commandées par la propagation
d’une impulsion électrique dont l’origine se trouve dans
le nœud sino-auriculaire (pacemaker naturel se
déchargeant régulièrement).
• Cette impulsion se propage vers l’oreillette droite et, par
l’intermédiaire du nœud auriculo-ventriculaire, elle
gagne les ventricules. Dans ceux-ci, la conduction est
facilité par les faisceaux de His-Purkinje.
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LE CŒUR EN TANT QUE POMPE (4)
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LES CELLULES CARDIAQUES (1)
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• Le travail du cœur est dû à la contraction des cellules
nœud
sino-auriculaire
cardiaques, qui sont des cellules musculaires striées
hautement spécialisées.
• A l’opposé de ce qui se passe dans les muscles
courants, l’excitation électrique conduisant à la
contraction se propage de cellule en cellule, ce qui
assure la coordination nécessaire à un pompage
efficace.
• Cette excitation est liée à des échanges d’ions entre
intérieur et extérieur de la cellule.
faisceau de
His-Purkinje
nœud
auriculo-venticulaire
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LES CELLULES CARDIAQUES (2)
Cellule cardiaque
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Potentiel d’action Vm
Vm [mV]
Ca2+
Na+
K+
20
0
-20
-40
Na+
Ca2+
K+
Canaux ioniques
-60
-80
-100
-50
0
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50
100
150
200
250
Temps [ms]
300
350
L’ECG (1)
• La propagation de l’activité électrique cardiaque
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provoque l’apparition de différences de potentiel à la
surface du corps, qui peuvent être enregistrés en des
points de référence. C’est ce qu’on appelle
l’électrocardiogramme (ECG).
• Bien sûr, l’ECG ne donne qu’une information limitée
sur les phénomènes de propagation: il s’agit d’une
moyenne pondérée de l’activation, perturbée de manière
inhomogène par des organes de propriétés de
conduction diverses. Il est cependant très utile en
pratique.
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L’ECG (2)
LE RYTHME CARDIAQUE (1)
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10
• On peut également à partir de l’ECG extraire
R
interférence
(50 Hz)
T
P
Q
excitation oreillettes
S
désexcitation
ventricules
l’information de rythme cardiaque. On appelle
intervalle RR le temps entre deux battements
successifs. L’inverse de cette grandeur est le
rythme.
excitation ventricules
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LE RYTHME CARDIAQUE (2)
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LE RYTHME CARDIAQUE (3)
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• Le signal d’intervalles RR (ou de rythme) obtenu en
mesurant battement par battement présente toutefois
deux problèmes liés:
• Une méthode beaucoup plus performante consiste
à ré-échantillonner le signal:
• Une première solution un peu rustique consiste à
considérer que ce signal est en fait échantillonné
régulièrement, la période d’échantillonnage étant la
valeur moyenne des intervalles RR.
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I2
I1
– Il est échantillonné irrégulièrement si les intervalles
varient
– Il n’y a même pas d’instant d’échantillonnage
12
I4
b
a
ondes R
échantillons
rythme
signal analogique 1/I1
rythme
I3
t1
t2
1/I3
1/I2
c
1/I4
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temps
LE RYTHME CARDIAQUE (4)
REGULATION CARDIOVASCULAIRE (1)
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• Aux instants d’échantillonnage de type t1 on obtient
des nombres a/I1 et aux instants de type t2 des valeurs
b/I3 + c/I4 de rythme dans les fenêtres locales.
• Ces fenêtres étant de longueur a, on obtient des
valeurs ré-échantillonnées respectivement de 1/I1 et
(b/I3 + c/I4)/a. Notons que ceci revient à filtrer le signal
analogique par un filtre rectangulaire de longueur a et
à ré-échantillonner la sortie du filtre.
• On peut choisir une fréquence d’échantillonnage
quelconque, mais 2 Hz ou 4 Hz est bien adaptée.
• Pour être flexibles, les équilibres biologiques doivent
être dynamiques.
• La régulation rythme cardiaque / pression s’opère via
les barorécepteurs qui envoient des messages au
système nerveux autonome.
• Ce dernier agit sur le rythme cardiaque par ses
branches sympathique (accélération du rythme) et
parasympathique (dit aussi vagale, décélération). La
modulation du rythme et liée à la libération de neurotransmetteurs au voisinage du cœur.
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REGULATION CARDIOVASCULAIRE (2)
REGULATION CARDIOVASCULAIRE (3)
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Barorécepteurs
oscillations sympathiques
(ondes baroreflex)
1500
spectre rythme
1000
VLF
Oscillations vagales
(synchronisées avec la respiration)
Le rapport LF/HF a été supposé
refléter la balance sympatho-vagale.
Hélas, l’activité vagale est présente à
la fois dans LF et dans HF.
LF
500
HF
0
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Frequency [Hz]
0 0.04
0.1
0.15
0.25
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0.4
0.5
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REGULATION CARDIOVASCULAIRE (4)
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REFERENCES
• M. E. DeBakey et A. M. Gotto, Le Cœur en Action,
baroreflexe
Institut d’Edition Sanofi-Synthélabo 2000.
spectre intervalles RR
Hz
spectre pression artérielle
• G. G. Matthews, Neurobiology, Molecules, Cells, and
vagal seul
Hz
• R. Berger et al., "An efficient algorithm for spectral
spectre respiration
Hz
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Systems, Blackwell Science 1998.
analysis of heart rate variability," IEEE Trans. Biomed.
Eng., vol. 33, no. 9, Sept. 1986.
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