TPE Les Limites du Coeur Humain

Augustin MOREAU
& Antoine LAGADEC
1ère S
Les Limites du Cœur Humain
Travaux Personnels Encadrés
2012/2013
Thème Santé et Bien-Être
Lycée Français Victor Hugo – FRANKFURT AM MAIN
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Avant-Propos
Chère lectrice, cher lecteur,
Vous avez entre les mains le dossier écrit que nous avons réalisé dans le cadre
des Travaux Personnels Encadrés de l’année scolaire 2012/2013. Toutefois, ce travail ne
s’arrête pas là !
Afin de profiter au maximum du fruit de ces travaux, nous vous invitons
également
à
consulter
notre
site
internet :
http://tpe-limites-coeurhumain.webnode.fr/. Sur ce complément numérique de notre TPE, vous trouverez
notre journal de bord, les vidéos réalisées lors de nos différentes expériences, ainsi que
des informations complémentaires permettant une meilleure compréhension de ce TPE.
Nous vous souhaitons une bonne lecture, et espérons que vous prendrez autant
de plaisir à lire ces travaux que nous en avons eu à les réaliser.
Antoine Lagadec
Augustin Moreau
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Table des matières
Introduction ...................................................................................................................................... 7
A. Les capacités cardiaques .............................................................................................................. 9
A. 1. Réalisation d’un test d’effort ............................................................................................... 9
A. 1. a. Matériel ........................................................................................................................ 9
A. 1. b. Protocole expérimental .............................................................................................. 10
A. 1. c. Contenu numérique.................................................................................................... 10
A. 2. Interprétation des résultats ............................................................................................... 11
A. 3. Comparaison avec d’autres classes d’âge .......................................................................... 15
B. L’hypothèse d’un problème de nature morphologique ............................................................. 19
B. 1. Réalisation d’une dissection ............................................................................................... 19
B. 1. a. Matériel ...................................................................................................................... 19
B. 2. b. Protocole expérimental .............................................................................................. 20
B. 1. c. Contenu numérique .................................................................................................... 23
B. 2. Interprétation des résultats ............................................................................................... 23
B. 2. a. Etude interne et externe du cœur .............................................................................. 23
B. 2. b. Le cycle cardiaque ...................................................................................................... 25
B. 3. Les différentes pathologies cardiaques de causes héréditaires ou non-comportementales
.................................................................................................................................................... 28
B. 3. a. L’athérosclérose ......................................................................................................... 28
B. 3. b. L’infarctus du myocarde ............................................................................................. 29
B. 3. c. Les anomalies valvulaires............................................................................................ 29
B. 3. d. Les cardiomyopathies ................................................................................................. 31
B. 3. e. Les différents troubles du rythme cardiaque ............................................................. 32
B. 3. f. L’insuffisance cardiaque .............................................................................................. 33
C. L’hypothèse d’un problème lié à un comportement à risque .................................................... 35
C. 1. Les facteurs à risques ........................................................................................................ 35
C. 1. a. Le tabagisme ............................................................................................................... 35
C. 1. b. L’hypertension artérielle ............................................................................................ 36
C. 1. c. L’hypercholestérolémie .............................................................................................. 36
C. 1. d. Le diabète ................................................................................................................... 37
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
C. 1. e. La surcharge pondérale .............................................................................................. 37
C. 1. f. La sédentarité ............................................................................................................. 37
C. 1. g. Le stress ...................................................................................................................... 38
C. 1. h. Une catégorie sociale défavorisée ............................................................................. 38
C. 1. i. L’action de certains médicaments .............................................................................. 38
C. 2. Les moyens de prévention ................................................................................................. 39
C. 2. a. Le régime alimentaire ................................................................................................ 39
C. 2. b. L’hygiène de vie.......................................................................................................... 41
Conclusion ...................................................................................................................................... 43
Sources ........................................................................................................................................... 45
Remerciements .............................................................................................................................. 47
Annexes .......................................................................................................................................... 49
Nos synthèses personnelles se trouvent à la fin du dossier, ainsi que sur le site Internet.
Complément : Site Internet : http://tpe-limites-coeur-humain.webnode.fr/
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Introduction
Le cœur humain est une machine extraordinaire. En effet, chaque jour, il peut
pomper jusqu’à 7200 L de sang chez un homme ! C’est l’organe vital de notre corps, qui
permet le fonctionnement de tous les autres organes, comme le foie, le cerveau ou
encore les muscles.
Malheureusement, cette « machine » connaît des limites. Il arrive qu’elle ne
parvienne plus à pomper correctement le sang, ce qui peut avoir des conséquences
graves sur la santé, voire entraîner la mort. Ce sont ces limites que nous voulons étudier
dans le cadre de ce TPE, et, pour cela, nous nous sommes basés sur un exemple concret.
Ainsi, le 30 mars 2009, Maxime Candau, capitaine de l’équipe de France de
Handball Junior, décède après un match suite à un malaise cardiaque. Il avait seulement
16 ans. On peut alors se demander comment un si jeune sportif peut décéder d’un
malaise cardiaque ?
Dès lors, nous tenterons de savoir si les capacités cardiaques sont optimales à
l’âge de 16 ans, en réalisant une étude statistique, en comparant les capacités
cardiaques de différentes classes d’âge. Ensuite, nous étudierons l’hypothèse d’un
problème lié à la génétique, en étudiant les différentes malformations cardiaques
pouvant conduire à un malaise cardiaque et en réalisant une dissection d’un cœur
d’animal, afin de voir de manière concrète les zones du cœur où ces malformations
peuvent survenir. Enfin, nous nous interrogerons sur l’hypothèse d’un problème lié au
comportement, en nous demandant quelles sont les attitudes à risque pour le cœur et
en consultant un cardiologue1, qui nous donnera des indications sur les comportements
pouvant conduire à un malaise cardiaque et sur ceux à avoir pour prévenir au mieux la
survenue d’un tel problème.
1
Cardiologue : médecin spécialisé dans la cardiologie, c’est-à-dire du cœur et des vaisseaux sanguins, en
particulier de leurs maladies.
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
A. Les capacites cardiaques
Les capacités cardiaques sont-elles optimales à l’âge de 16 ans ?
Afin de répondre à cette première problématique, nous avons réalisé une étude
statistique sur des élèves du lycée en classes de Seconde et de Première, donc de 16 ans
en moyenne. Ce choix n’est pas anodin : en effet, le sportif étudié était âgé de 16 ans
lors de son décès. L’étude a été réalisée dans le gymnase du lycée sur une population
anonyme de 20 élèves (12 Garçons, 8 Filles). L’objectif est de mesurer la fréquence
cardiaque2 f de chaque coureur à différents instants au cours de l’effort.
A. 1. Réalisation d’un test d’effort
A. 1. a. Matériel
Cardio-fréquencemètre3
Lingettes nettoyantes
Bouteilles d’eau
Matériel photo
Questionnaire et stylos
Du chocolat (pour motiver les
coureurs)
 Le protocole à suivre






Le matériel utilisé lors du test
2
Fréquence cardiaque : nombre de battements du cœur en une minute. L’unité de la fréquence cardiaque
est le bpm : battements par minute.
3
Cardio-fréquencemètre : appareil de mesure de la fréquence cardiaque, obtenue grâce à deux
électrodes appliquées sur le thorax, qui envoient les données à un appareil d’affichage, souvent une
montre.
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Les Limites du Cœur Humain
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A. 1. b. Protocole expérimental
 Réponse au questionnaire préliminaire [cf. Annexe]
 Installation des électrodes sur le thorax du coureur, mise en place de la montre
réceptrice sur son poignet
 Mesure de la fréquence cardiaque initiale = f0
 2 minutes de footing (échauffement)
 1 minute de sprint (à vitesse maximale) / mesure de la fréquence = fmax
 5 minutes assis (récupération)
 Récupération et nettoyage du matériel / mesure de la fréquence = f1
Etape 1 : f=f0
Etape 2 : f=fmax
Etape 3 : f=f1
: f=f0
A. 1. c. Contenu numérique
Rendez-vous à l’adresse http://tpe-limites-coeur-humain.webnode.fr/nosexperiences/test-deffort/ pour consulter la galerie photo de l’expérience.
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A. 2. Interprétation des résultats
Nous avons exporté les données collectées par le cardio-fréquencemètre, puis
nous avons exploité ces résultats à l’aide du tableur Excel.
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
Elève 5
Elève 6
Elève 7
Elève 8
Elève 9
Elève 10
Elève 11
Elève 12
Elève 13
Elève 14
Elève 15
Elève 16
Elève 17
Elève 18
Elève 19
Elève 20
Moyennes
Sexe
Age (années)
f0 (bpm)
fmax (bpm)
f1 (bpm)
M
M
M
M
M
M
M
M
F
M
F
F
F
M
F
F
F
F
M
M
12M/8F
16
16
16
16
15
16
16
15
15
15
15
16
15
15
16
16
16
16
16
16
16
100
105
110
100
108
110
65
116
125
105
115
110
125
110
108
101
83
120
91
91
105
199
187
204
201
202
206
186
205
225
203
200
188
227
195
190
205
181
218
214
195
202
132
142
118
118
130
112
113
123
119
118
110
120
152
109
127
129
112
117
125
129
123
En rouge, les valeurs maximales de chaque colonne ; les
valeurs minimales sont indiquées en vert.
On remarque que la valeur f0 (fréquence cardiaque au « repos ») est
anormalement élevée pour des individus de 15 ou 16 ans : d’après la littérature, cette
fréquence est de 70 +/-10 battements par minute (bpm) pour un adolescent. L’écart
dans nos mesures (la valeur maximale est de 125 bpm) s’explique par le fait que les
sujets étaient en plein cours de sport, et malgré quelques minutes de pause assis,
n’avaient pas pu retrouver leur fréquence cardiaque au repos. Nos mesures sont donc
basées sur une fréquence « initiale » de référence (après 3 minutes assis), qui ne
correspond malheureusement pas à une véritable fréquence au repos.
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Les Limites du Cœur Humain
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En considérant les moyennes de f0 et de fmax, on remarque que les coureurs ont
fait presque doubler leur fréquence cardiaque pendant l’effort (de 105 à 202 bpm).
Cette fois-ci, fmax correspond bel et bien à la véritable fréquence cardiaque maximale
des coureurs : il s’agit de l’extremum de la représentation graphique de f, et est obtenue
en plein milieu de la phase de sprint.
La fréquence f1 correspond à la fréquence cardiaque la plus basse atteinte en
phase de récupération : en effet, celle-ci ne se fait pas de manière régulière, mais
connaît des phases de forte diminution et de légère augmentation. Là encore, la
fréquence f1 obtenue ne correspond pas à la fréquence cardiaque au repos de l’individu,
mais au minimum de f atteint dans une phase de récupération de 5 minutes.
Un des graphes représentant l’évolution de la fréquence cardiaque
de 6 élèves obtenus grâce au cardio-fréquencemètre
Malgré la relative imprécision des données, due au fait que les élèves étaient
déjà en effort avant le test, ainsi qu’aux erreurs de l’appareil de mesure, nous avons
calculé deux taux de variation à partir de nos données :
Le taux d’accroissement Ta (taux de variation entre f0 et fmax)
Ta =
Plus Ta est élevé, plus la fréquence cardiaque du coureur a augmenté entre f0 et
fmax. Par exemple, un score de 100 indique que f a augmenté de 100% (donc
doublé) entre f0 et fmax.
Le taux de récupération Tr (taux de variation entre f0 et f1)
Tr =
12
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Plus Tr est bas, plus la fréquence cardiaque du coureur a diminué entre f 0 et fmax.
Par exemple, un score de 50 indique que f est supérieure de 50%, soit 1,5 fois plus
grande que f0.
Elève 1
Elève 2
Elève 3
Elève 4
Elève 5
Elève 6
Elève 7
Elève 8
Elève 9
Elève 10
Elève 11
Elève 12
Elève 13
Elève 14
Elève 15
Elève 16
Elève 17
Elève 18
Elève 19
Elève 20
Moyennes
Sexe
M
M
M
M
M
M
M
M
F
M
F
F
F
M
F
F
F
F
M
M
12M/8F
Age (années)
16
16
16
16
15
16
16
15
15
15
15
16
15
15
16
16
16
16
16
16
16
Ta
99%
78%
85%
101%
87%
87%
186%
77%
80%
93%
74%
71%
82%
77%
76%
103%
118%
82%
135%
114%
95%
Tr
32%
35%
7%
18%
20%
2%
74%
6%
-5%
12%
-4%
9%
22%
-1%
18%
28%
35%
-3%
37%
42%
19%
Sur fond gris sont indiqués les coureurs fumant régulièrement,
sur fond bleu les coureurs fumant occasionnellement, sur fond
blanc les coureurs non-fumeurs.
En considérant les moyennes des taux de variation, on remarque que Ta est égal
à 95%, ce qui correspond presque à un doublement de f entre f 0 et fmax. La moyenne de
Tr est quant à elle de 19%, ce qui signifie que la fréquence cardiaque des individus est
supérieure de 1/5 en moyenne à f0 après 5 minutes de récupération.
Intéressons-nous maintenant à l’histogramme comparatif de notre tableau de
données : nous y avons sélectionné un fumeur régulier (élève 2), un non-fumeur (élève
4) et un fumeur occasionnel (élève 13).
13
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Elève 2
Elève 4
Elève 13
Histogramme comparatif des taux de variation Ta et Tr pour 3
élèves
En Bleu apparaît le taux d’accroissement (Ta) ; en Rouge apparaît le
taux de récupération (Tr).
On remarque que les fumeurs réguliers et occasionnels présentent des Ta
proches : respectivement 78% et 82%. Ces valeurs sont toutefois bien inférieures au Ta
du non-fumeur, qui est de 101%. Cela semble indiquer que fumer, même
occasionnellement, réduit notre capacité à augmenter notre fréquence cardiaque
pendant un effort.
En considérant les taux de récupération, on remarque que les élèves « nonfumeur » et « fumeur occasionnel » présentent des Tr eux aussi assez proches
(respectivement 18% et 22%). L’écart survient de manière importante avec l’élève
« fumeur régulier », pour qui Tr est égal à 35%. On peut alors supposer que fumer
régulièrement diminue notre capacité à retrouver rapidement une fréquence cardiaque
normale après un effort.
NB : Ces conclusions sont basées sur les performances d’individus seuls, et non pas sur
des moyennes, car nous ne disposions pas d’assez de données. Il faut donc être prudent
sur ces conclusions, même si elles s’avèrent plus ou moins concordantes avec les
informations qu’on peut trouver sur Internet...
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
A. 3. Comparaison avec d’autres classes d’âge
Nous venons d’étudier les performances cardiaques de jeunes de 16 ans.
Mais pour savoir si ces performances sont optimales, il est nécessaire de les comparer
avec celles d’autres classes d’âge. N’ayant pu organiser de tests d’effort sur d’autres
classes d’âge pour des raisons logistiques, il était nécessaire de rechercher les
performances cardiaques de ces autres classes d’âges. Ainsi, les données que vous
trouverez dans cette partie sont le résultat de nos recherches sur Internet ou dans des
magazines spécialisés. Certaines de ces données nous ont également été transmises par
le Docteur Victor, lors de l’interview, car nous n’étions pas pleinement satisfaits par les
données trouvées sur Internet. Nous n’avons trouvé que des moyennes, ce sont ainsi ces
moyennes que nous allons comparer. [Toutes les sources de nos recherches se trouvent
sur la page Sources, à la fin du dossier.]
En bpm
10-14 Ans
15-17 Ans
18-30 Ans
30-50 Ans
f(0)
110
105
95
85
f (max)
210
202
195
190
f(1)
130
123
130
135
En rouge, les données récupérées
pendant le test d’effort.
Fréquences Cardiaques (en bpm)
Evolution de la fréquence cardiaque selon différentes
classes d'âge
250
200
f(0)
150
f (max)
f(1)
100
50
0
10-14 Ans
15-17 Ans
18-30 Ans
15
30-50 Ans
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Nous avons maintenant des données permettant la comparaison entre les
fréquences cardiaques de la classe d’âge 15-17 ans et les autres classes d’âges.
Appliquons maintenant les formules de la première partie, pour calculer les taux
d’accroissement et de récupération, que nous allons maintenant présenter sous la
forme d’un tableau.
En %
10-14 Ans
15-17 Ans
18-30 Ans
30-50 Ans
T(a)
90%
95%
105%
123%
T(r)
18%
19%
36%
58%
Ta et Tr selon différentes classes d'âge
140%
120%
100%
80%
T(a)
60%
T(r)
40%
20%
0%
10-14 Ans
15-17 Ans
18-30 Ans
30-50 Ans
En considérant le premier tableau, on constate que la fréquence cardiaque
au repos et la fréquence cardiaque maximale diminuent avec l’âge. On serait donc tenté
de penser que les performances cardiaques sont optimales pour la classe d’âge des 1014 ans. Toutefois, l’étude du «Taux d’accroissement » sur le deuxième tableau révèle
que celui-ci est meilleur pour les 15-17 ans que pour les 10-14 ans. Le taux de
récupération est quant à lui meilleur chez les jeunes (10-17 ans) que chez les 18-50 ans.
En résumé, nous voyons que les performances cardiaques pour la classe
d’âge 15-17 ans font partie des plus optimales. Ainsi, selon notre étude, Maxime
Candau, de surcroît autrement plus sportif que des élèves lambda, aurait dû avoir des
performances cardiaques excellentes. Il est pourtant décédé d’un malaise cardiaque :
nous allons donc maintenant voir quelles sont les afflictions (comportementales ou noncomportementales) qu’il aurait pu présenter, et qui auraient pu conduire à son décès.
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Les Limites du Cœur Humain
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
B. L’hypothese d’un probleme de
nature morphologique
Quelles sont les malformations qui peuvent entraîner des maladies
cardiaques ?
Malgré un âge où les capacités cardiaques sont optimales, notre sportif a tout de
même succombé à une maladie cardiaque. On se pose le problème de savoir si cette
maladie peut être due à une malformation. Dès lors, il nous faut disséquer un cœur, afin
d’en découvrir le fonctionnement, et ainsi situer les parties de ce cœur pouvant être
sujettes à une malformation.
B. 1. Réalisation d’une dissection
N.B. Les photos du protocole viennent d’un site internet, elles nous ont permis de nous
repérer lors de la dissection
B. 1. a. Matériel












Bac à dissection
Eau
Scalpels
Sonde cannelée4
Ciseaux
Pinces
Epingles
Tuyaux en plastique
Blouses
Gants en latex fin
Appareils photos
Trépieds
Le matériel utilisé lors des dissections
4
Sonde cannelée : instrument de dissection permettant de guider les ciseaux dans des orifices ou
d’écarter des zones obstruant une bonne vision de l’élément étudié.
19
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
B. 2. b. Protocole expérimental
Repérages des principales structures externes










Ventricules gauche et droit
Auricules gauche et droit
Veine cave (supérieure et inférieure)
Aorte
Péricarde
Apex
Artères coronaires gauche et droite
Grandes et petites veines cardiaques
Artères pulmonaires gauche et droite
Veines pulmonaires gauche et droite
Mise en évidence du fonctionnement du muscle cardiaque
Réalisation d’un montage sur le cœur à l’aide de tuyaux afin d’expliquer le sens
de circulation du sang dans les différentes cavités cardiaques mentionnées auparavant :


injecter de l'eau dans la veine cave supérieure et observer les
conséquences au niveau de l'artère pulmonaire ;
injecter de l'eau dans l'artère pulmonaire et observer les conséquences
au niveau de la veine cave supérieure.
Les expériences réalisées consistent à injecter de l'eau du robinet dans un
vaisseau du cœur et à observer :


si oui ou non l'eau ressort du cœur ;
si oui, par quel vaisseau l'eau ressort.
20
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Etude de l’anatomie interne du cœur (ventricule droit)
Ligne de coupe
 Couper l'artère pulmonaire à l'aide de la grande paire de ciseaux comme indiqué
sur les photos.
 Ouvrir le ventricule droit en le découpant
sur toute sa hauteur comme indiqué (bien
enfoncer la paire de ciseaux)
 Repérer toutes les structures visibles.
21
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Photo d’aide au repérage des différents
composants internes du ventricule droit
Etude de l’anatomie interne du cœur (ventricule gauche)
Ligne de coupe (on procède de manière
analogue à la dissection précédente)
Photo d’aide au repérage des différents
composants internes du ventricule droit
22
Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
B. 1. c. Contenu numérique
Rendez-vous
à
l’adresse
http://tpe-limites-coeur-humain.webnode.fr/nosexperiences/dissections-de-coeurs/ pour consulter la vidéo ainsi que la galerie photo
des dissections réalisées.
B. 2. Interprétation des résultats
Pour comprendre les dysfonctionnements du cœur humain, il apparaît nécessaire
d’en comprendre avant tout le fonctionnement : pour cela, nous avons disséqué un
cœur de cerf (même anatomie qu’un cœur humain, une fois et demi plus gros) ainsi que
trois cœurs d’agneaux. Ces dissections nous ont permis de découvrir l’anatomie externe
et interne du cœur, et également de mettre en évidence le cycle cardiaque. [ se référer à
la vidéo pour plus de précisions]
B. 2. a. Etude interne et externe du cœur
Voici quelques photos prises lors des dissections réalisées, légendées par nos soins.
Mise en évidence de la veine cave
Face antérieure du cœur
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Les Limites du Cœur Humain
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Deux artères cardiaques
Mise en évidence de la structure interne cardiaque
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Les Limites du Cœur Humain
2012/2013
Mise en évidence d’une valve cardiaque
Mise en évidence des éléments
permettant la contraction du cœur
25
Les Limites du Cœur Humain
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B. 2. b. Le cycle cardiaque
Nous venons de découvrir les différentes parties du cœur humain, il faut
maintenant en observer les différentes fonctions, en décrivant le cycle cardiaque.
Le cycle cardiaque se divise en 4 étapes :
La première s’appelle la diastole (1) : le sang désoxygéné arrive dans l’oreillette
droite par la veine cave et le sang oxygéné arrive dans l’oreillette gauche par les veines
pulmonaires. Au début de la diastole, les valves mitrales et tricuspides s’ouvrent, et
laissent le sang accumulé dans les oreillettes pendant la systole remplir rapidement les
ventricules. À la fin de la diastole, les ventricules sont remplis à 75%.
Puis survient la systole auriculaire (2) : les deux oreillettes se contractent
simultanément, afin d’envoyer tout le sang dans les ventricules. À la fin de cette étape,
les ventricules sont remplis à 100%, en effet, la contraction des oreillettes n’a contribué
qu’à 25% à ce volume.
Suit l’éjection (3) : les ventricules étant pleins, ils se contractent : la pression
permet l’ouverture des valves aortique et pulmonaire, ce qui permet d’éjecter le sang
oxygéné par l’aorte, vers les organes et le sang désoxygéné par l’artère pulmonaire, vers
les poumons. Les muscles papillaires empêchent les valves mitrale et tricuspide de
s’ouvrir.
Enfin, intervient la relaxation iso-volumétrique (4), qui est en fait la première
phase de la diastole : les ventricules se relâchent, et les valves aortique et pulmonaire
se referment.
Puis le cycle recommence. On peut tout de même noter que, malgré un rythme
régulier dans des conditions dites normales, le cœur peut tout à fait adapter la
fréquence et la force de ses contractions, afin de répondre à certaines demandes de
l’organisme.
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Schéma du Cycle Cardiaque, réalisé à la main
Maintenant que nous avons compris et assimilé le fonctionnement cardiaque,
analysons désormais les dysfonctionnements ou pathologies5 auxquels notre cœur peut
être sujet.
5
Pathologie : ensemble des manifestations d’une maladie, des effets morbides qu’elle entraîne.
27
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B. 3. Les différentes pathologies cardiaques et vasculaires de causes
héréditaires ou non-comportementales
B. 3. a. L’athérosclérose
La première pathologie dont nous allons parler est l’athérosclérose : cette
maladie consiste en l’apparition d’athéromes6 sur les parois des artères. Lorsque cette
athérosclérose atteint les artères coronaires, elle empêche la bonne irrigation du coeur,
et peut ainsi entrainer une angine de poitrine ou une crise cardiaque. Cette maladie
commence dès l’enfance, même chez des personnes en bonne santé. Elle peut se traiter
grâce à la technique de l’angioplastie.
Comparaison entre un
vaisseau sain et un vaisseau
atteint d’athérosclérose
Traitement : l’angioplastie
Cette intervention permet d’élargir les artères rétrécies du cœur et d’autres parties du
corps. L’intervention se déroule sous anesthésie locale, et consiste à introduire un ballonnet
dans l’artère. À l’endroit où l’artère est rétrécie, le ballonnet est gonflé, afin de pousser les
parois du vaisseau et de l’élargir. Parfois, un treillis cylindrique, appelé tuteur ou stent est
également inséré dans l’artère, afin de renforcer la pression sur les zones d’athéromes et
maintenir l’artère ouverte. Depuis, des tuteurs spéciaux sont recouverts d’un médicament
empêchant la formation d’autres athéromes.
Schéma représentant une
angioplastie et la pose d’un stent
6
Athérome : dépôt de plaques riches en cholestérol sur la paroi des artères.
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B. 3. b. L’infarctus du myocarde
Passons maintenant à une deuxième pathologie, l’infarctus du myocarde, plus
connu sous le nom de crise cardiaque. L’infarctus du myocarde fait référence à la
nécrose d’une partie du myocarde, le muscle cardiaque. Cette nécrose7 se produit
lorsqu’une artère coronaire est bouchée : le muscle cardiaque n’est plus correctement
irrigué : il est privé d’oxygène et meurt. Ainsi, le cœur n’est plus capable de battre
normalement, voire peut cesser de battre. Un infarctus du myocarde est ainsi détectable
par ECG8, car il entraîne un déréglement du rythme cardiaque.
À gauche, un myocarde sain ; à droite, un myocarde nécrosé
B. 3. c. Les anomalies valvulaires
La troisième pathologie concerne les valvules, que nous avons observées plus tôt.
Elles servent à contrôler l’afflux sanguin, et empêcher son reflux. Les valves cardiaques
peuvent être sujettes à 2 types d’anomalies.
La première s’appelle la sténose valvulaire : une des valves est rétrécie : le sang
ne peut donc plus passer correctement. Le cœur doit ainsi travailler beaucoup plus, ce
qui entraîne des troubles du rythme cardiaque.
La seconde anomalie est connue sous le nom d’insuffisance valvulaire. La valve
concernée est trop lâche : il peut y avoir un reflux sanguin, ce qui oblige le cœur à
fournir un effort plus intense, et ainsi entraîner des troubles du rythme cardiaque.
Dans les deux cas, le cœur doit fournir un effort plus intense : le myocarde peut
s’hypertrophier et devenir inefficace, ce qui pourrait aboutir à une insuffisance
7
8
Nécrose : mort d’une cellule ou d’un tissu à l’intérieur d’un être vivant.
ECG (Électrocardiogramme) : tracé obtenu après enregistrement de l’activité électrique du cœur.
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cardiaque, dont nous verrons les détails plus tard. Ces anomalies valvulaires sont
traitables au moyen de la chirurgie valvulaire.
Les deux anomalies valvulaires : à gauche, la sténose valvulaire, à
droite, l’insuffisance valvulaire
Traitement : les chirurgies valvulaires
La chirurgie valvulaire (ou valvuloplastie) a beaucoup évolué depuis quelques années. Le
chirurgien, lors d’une opération à cœur ouvert, remplace la valve défaillante par une valve
artificielle, voire naturelle (valve de porc ou d’un donneur humain par exemple). Il est
intéressant de noter que les opérations de chirurgie valvulaire font partie des plus délicates à
réaliser pour un chirurgien cardiaque9.
Deux types de valves : biologique (humaine ou
animales) et mécanique.
9
Chirurgien cardiaque : chirurgien spécialisé dans la chirurgie cardiaque, c’est-à-dire les opérations du
cœur et de ses vaisseaux.
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B. 3. d. Les cardiomyopathies
Passons maintenant aux pathologies connues sous le nom de cardiomyopathies
[myocardiopathies : maladies du myocarde]. Les cardiomyopathies sont des
malformations du muscle cardiaque, le myocarde. Il en existe 3 formes principales, dont
on ne connaît pas toujours les causes. Les conséquences de ces malformations sont
principalement les insuffisances cardiaques, ainsi que de graves troubles du rythme
cardiaque.
La première de ces malformations consiste en la dilatation de la paroi
ventriculaire. Le cœur doit ainsi fournir un plus grand effort lors de la systole
ventriculaire, entraînant des troubles du rythme cardiaque.
La paroi ventriculaire, le myocarde peut aussi être hypertrophique, c’est-à-dire
qu’il y a eu un épaississement du muscle : les cavités sont alors plus petites, et se
remplissent trop : les ventricules débordent, et les battements du cœur deviennent
irréguliers.
Si le myocarde devient restrictif, c’est-à-dire que la paroi musculaire connaît un
durcissement, le pompage du cœur devient rapidement inefficace. Donc, encore une
fois, cette malformation conduit à un trouble du rythme cardiaque.
Ces cardiomyopathies sont des malformations qui atteignent l’Homme dès la
formation de son cœur. Il existe aujourd’hui un seul moyen pour les soigner : le
remplacement du cœur par le biais d’une transplantation cardiaque, ou l’installation
d’un cœur artificiel.
Les différents types de cardiomyopathies :
En haut, un cœur normal, puis en bas, de
gauche à droite : myocarde dilaté,
myocarde hypertrophique, myocarde
restrictif.
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B. 3. e. Les différents troubles du rythme cardiaque
Les pathologies que nous allons ici décrire sont dues à un dysfonctionnement du
système électrique qui régit les contractions du muscle cardiaque. Avant tout, il faut
savoir que le signal qui ordonne au cœur de se contracter est donné par des impulsions
électriques, produites par le nœud sinusal, qui se trouve dans l’oreillette droite. Le
signal se propage via le sillon inter auriculaire (par le nœud auriculo ventriculaire), puis
inter ventriculaire et enfin dans les myocardes de chaque ventricule. On classe les
arythmies en deux catégories : les tachycardies (le cœur bat plus de 100 fois par
minutes) et les brachycardies (le cœur bat moins de 60 fois par minute), mais ces
arythmies peuvent également classées en fonction de leur rythme (régulier/irrégulier).
Les causes de ces troubles sont souvent des maladies coronariennes, qui peuvent être
d’origine génétique, ou encore une malformation cardiaque.
La fibrillation auriculaire consiste en le battement très rapide et non coordonné
des oreillettes (300 à 500 fois par minutes), ce qui déclenche un rythme irrégulier des
contractions ventriculaires. Ce trouble est dû au blocage variable du nœud
auriculoventriculaire.
La fibrillation ventriculaire consiste en le battement très rapide mais inefficace
des ventricules. Cela est dû à une lésion du muscle cardiaque, qui empêche le passage
des signaux dans les ventricules.
Pour remédier à ces troubles du rythme, il est possible d’utiliser un Pacemaker.
Le Pacemaker
Le Pacemaker est en fait un stimulateur cardiaque, muni d’une pile qui transmet au cœur des
impulsions à une fréquence préenregistrée. Il existe différent modèles : certains qui fournissent
des impulsions sans interruption et d’autres programmés pour ne se mettre en marche que
lorsque le cœur ne bat pas correctement. La pose d’un stimulateur se fait sous anesthésie locale.
Ici, un Pacemaker traditionnel
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B. 3. f. L’insuffisance cardiaque
La dernière pathologie dont nous allons parler est la conséquence de
nombreuses autres maladies : l’insuffisance cardiaque. L’insuffisance cardiaque est
l’incapacité du cœur à pomper correctement le sang. Certains organes ne sont pas
correctement irrigués. L’insuffisance cardiaque peut être aigüe (soudaine) ou chronique
(de longue durée), en raison d’une affection persistante. L’insuffisance cardiaque est la
conséquence de nombreux problèmes cardiaques. Il s’agit d’une affection grave, avec un
risque vital. Les conséquences sont multiples et sont visibles sur une grande partie du
corps.
Schéma représentant une
insuffisance cardiaque
Ainsi, nous voyons qu’il existe de nombreuses maladies dont la cause peut être
une malformation héréditaire, ou tout du moins non-comportementale. On ne peut en
être sûr, mais il est possible que notre handballeur ait été atteint par une de ces
pathologies, et qu’elle n’ait pas été détectée.
Cependant, ces type de maladies ne sont pas les seules ayant pu affecter le
jeune handballeur. En effet, il pourrait également avoir été atteint par une maladie
cardiaque provoquée par un comportement à risque pour le cœur. Nous allons donc
maintenant interroger le Dr. Frédéric Victor, afin de comprendre l’origine de ces
maladies.
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C. L’hypothese d’un probleme lie a un
comportement a risque
Quels sont les comportements et les facteurs à risque pour le cœur ?
Nous avons vu précédemment qu’il existait de nombreuses malformations
morphologiques qui pouvaient être la cause de pathologies
cardiaques. Toutefois, il existe également de nombreux autres
facteurs, qui ne sont parfois pas directement liés au cœur, mais
dont les conséquences sur le système cardiaque ne sont pas à
négliger. Afin d’en savoir plus sur ces facteurs à risques, nous
avons interviewé le Dr. Frédéric Victor, cardiologue à la
Polyclinique Saint-Laurent de Rennes. Pour davantage de clarté,
nous avons présenté le compte-rendu de ces informations sous
la forme de courts paragraphes, présentant à chaque fois le
facteur à risque, son impact quant au risque de survenue d’un Dr Frédéric Victor,
problème cardiaque, puis les conséquences que cela peut Cardiologue.
engendrer.
C. 1. Les facteurs à risques
C. 1. a. Le tabagisme
Le tabagisme régulier multiplie par trois le risque de maladies coronariennes10 ;
le multiplicateur passe à cinq chez les fumeurs qui inhalent la fumée. Cela peut à terme
entraîner un infarctus du myocarde, voire une mort subite. Le tabagisme peut
également favoriser un artériopathie des membres inférieurs, ou même un AVC. Les
facteurs de risque liés au tabac s’additionnent aux autres facteurs.
Plus précisément, les fumées de la cigarette altèrent la paroi artérielle et
entraînent des anomalies de vasomotricité. La nicotine a, outre une accoutumance chez
l’individu, de nombreux effets néfastes sur le système cardiovasculaire, dont une
augmentation de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle. Bien que la nicotine
aide aussi à diminuer le niveau de « mauvais cholestérol » dans le sang, elle entraîne
également la libération de pics d’adrénaline, qui provoque à haute dose une
10
Maladies coronariennes : maladies des artères coronaires.
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augmentation brutale du rythme cardiaque (c’est la tachycardie), ainsi qu’une
vasoconstriction11 périphérique, un facteur de résistance à l’écoulement du sang.
Comme le montre cette affiche, le tabagisme
est un facteur à risque pour le cœur.
C. 1. b. L’hypertension artérielle
Une tension artérielle trop forte altère la paroi des artères, notamment des fines
artères coronaires et cérébrales, avec un risque d’infarctus ou d’AVC12 à la clé. Par
ailleurs, si la tension est trop élevée, le cœur doit travailler davantage pour assurer un
même débit.
La tension artérielle se mesure avec un appareil comme celui-ci, qu’il est désormais
possible d’acheter en pharmacie, pour les hypertendus.
C. 1. c. L’hypercholestérolémie
Un taux de LDL-cholestérol13 (le transporteur du « mauvais cholestérol »)
multiplie le risque coronarien par deux.
11
Vasoconstriction : diminution du calibre d'un vaisseau par contraction de ses fibres musculaires.
AVC (Accident Vasculaire Cérébral) : perturbation de l’apport sanguin au cerveau, pouvant causer des
dommages soudains et irréversibles : c’est l’équivalent cérébral de l’infarctus.
13
Cholestérol : substance chimique naturelle, composante essentielle de la membrane plasmique de la
cellule. Il contribue aux plaques se formant sur les parois des artères, notamment lors de l’athérosclérose.
12
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C. 1. d. Le diabète
Une glycémie (le taux de glucose dans le sang) anormale peut elle aussi
provoquer des maladies coronariennes parfois sévères : le risque est multiplié par deux
chez l’homme et par trois chez la femme. On peut noter que l’hypertension artérielle, le
diabète, ou bien le cholestérol sont des facteurs de risques qui se potentialisent
lorsqu’ils affectent ensemble une même personne.
Il est important de surveiller sa
glycémie, afin d’éviter tout risque
de maladie coronarienne
C. 1. e. La surcharge pondérale
On calcule l’indice de masse corporelle
Si cet indice est
supérieur à 30, la personne est en situation d’obésité, ce qui favorise là aussi la survenue
de problèmes cardiaques.
Comme le montre cette affiche, la surcharge pondérale est à prendre en
compte afin d’éviter tout risque de maladie cardiaque.
C. 1. f. La sédentarité
Comme on peut s’y attendre, la pratique ou non d’une activité physique régulière
influe sur le risque cardiaque. Ainsi, la sédentarité multiplie en moyenne de 1,9 le risque
de décès d’origine coronarienne.
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C. 1. g. Le stress
Les causes du stress sont multiples, et sont liées soit à l’environnement, soit à
l’individu ; il est le plus souvent associé à un surmenage professionnel. Un stress régulier
peut s’avérer extrêmement nocif, puisqu’il multiplie par 3,4 le risque de crise cardiaque.
C. 1. h. Une catégorie sociale défavorisée
Des facteurs psychosociaux comme des conditions économiques et
nutritionnelles défavorables peuvent malheureusement être à l’origine de problèmes
cardiaques non traités. Pour ces mêmes raisons, il est difficile de chiffrer précisément les
conséquences de telles conditions de vie sur la santé des personnes.
C. 1. i. L’action de certains médicaments
Les médicaments concernés sont essentiellement les contraceptifs oraux ou le
tristement célèbre Mediator, et concernent ainsi particulièrement les femmes. Outre
leur action sur les œstrogènes14, ils peuvent provoquer un dérèglement des valvules du
cœur, à l’origine de fibrillations.
Ici, le tristement célèbre Mediator, qui pourrait
être à l’origine de dérèglements valvulaires
14
Œstrogènes : Hormones stéroïdes produites par l’ovaire et qui régulent le développement sexuel et la
physiologie de la femme.
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C. 2. Les moyens de prévention
Bien qu’il soit impossible d’éliminer totalement le risque de survenue d’un
accident cardiaque, il est néanmoins à la portée de tous de suivre quelques règles
simples afin de limiter au maximum l’impact de ces facteurs à risques. Il est possible de
classer ces mesures dans deux catégories : le régime alimentaire et l’hygiène de vie.
C. 2. a. Le régime alimentaire
Surveiller le taux de cholestérol
Malgré un régime calorique adapté et un IMC normal, il est possible de
présenter un taux de cholestérol dans le sang trop élevé : c’est
l’hypercholestérolémie que nous avons évoquée précédemment. Un régime
adapté constitue un levier majeur pour y remédier ; ce sont principalement les
apports en acides gras qu’il est important de surveiller. Il en existe deux types :
les acides gras saturés, que l’on trouve dans les produits d’origine animale, et les
acides gras insaturés, que l’on trouve dans les poissons, les fruits et les légumes.
Tandis que les premiers augmentent le taux de cholestérol dans le sang, les
seconds contribuent à le diminuer. Il est donc essentiel de privilégier un régime
riche en acides gras insaturés, et de limiter la consommation d’acides gras
saturés : c’est ce qu’on appelle le régime méditerranéen.
Ce régime présente aussi l’avantage de fournir les deux types d’acides
gras insaturés :
- les mono-insaturés, contenus dans l’huile d’olive
- les poly-insaturés, que l’on trouve dans les poissons gras. Ceux-ci sont
particulièrement essentiels à l’organisme, car il est incapable de les synthétiser,
et jouent un rôle majeur dans la régulation de l’inflammation des vaisseaux
sanguins et dans la formation des membranes cellulaires.
En résumé, pour réduire son taux de cholestérol, il est conseillé de
consommer des poissons, des fruits, des légumes, des noix ou encore de l’huile
d’olive, plutôt que de la viande, des œufs ou du beurre.
Modérer la consommation d’alcool
Bien que des études aient prouvé que la consommation d’un verre de vin
rouge par jour était bénéfique pour le système vasculaire, il ne faut pas oublier
que la consommation excessive d’alcool est très nocive pour l’organisme. En
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effet, le vin est relativement riche en calories, ce qui peut donner lieu à des
situations d’obésité, qui est pour rappel un facteur de risque cardiaque. En outre,
l’alcool à haute dose a des conséquences toxiques sur le fonctionnement du
myocarde – sans oublier qu’un coma éthylique15 peut à lui seul entraîner la mort.
Comme ne le cesse de répéter le site mangerbouger.fr à la télévision : « l’alcool
est à consommer avec modération ».
Diminuer la quantité de sel
Le chlorure de sodium, plus communément appelé « sel de table », outre
son rôle pour rehausser le goût des plats, augmente la tension artérielle (encore
un facteur de risque cardiaque). Le sel est très présent dans les fromages et les
charcuteries, et même dans certaines céréales du petit déjeuner – il suffit de
regarder les étiquettes à la ligne « Sodium » pour s’en persuader. La mesure la
plus simple constitue donc à limiter la consommation de tels aliments, et d’éviter
de saler son assiette : en effet, la quantité de sel présente naturellement dans les
aliments est suffisante pour un apport journalier normal.
Contrôler l’indice de masse corporelle
Comme nous l’avons vu plus haut, il existe une formule toute simple pour
se situer au niveau de la corpulence. L’idéal est d’avoir un IMC compris entre
18,5 et 24,9 (« corpulence normale »). La formation de graisse abdominale est
souvent liée à des problèmes métaboliques – là encore, suivre un régime
alimentaire adapté tel que le régime méditerranéen permet de se rapprocher
d’un IMC normal.
Nous vous avons présenté les principales mesures concernant le régime
alimentaire : intéressons-nous plus généralement à l’hygiène de vie à adopter.
15
Coma éthylique : coma dû à une consommation excessive d’alcool.
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C. 2. b. L’hygiène de vie
Supprimer le tabac
« Fumer tue ». Ces deux mots sont quasiment devenus une maxime sur
les paquets de cigarette, et résument finalement bien la situation. Bien que le
tabac ne soit pas en lui-même l’objet de ce TPE, il convient de rappeler qu’il est
l’un des facteurs les plus graves sur le risque cardiaque.[cf. étude de la partie A]
Bien qu’il ne soit jamais trop tard pour arrêter de fumer, il est prouvé que le
sevrage tabagique précoce (c’est-à-dire avant 40 ans) peut réduire jusqu’à 50%
des risques cardio-vasculaires liés au tabac.
Faire du sport
Pratiquer une activité physique régulière est primordial dans le cadre de
la prévention de problèmes cardiaques. Cela agit en effet de manière bénéfique
sur de nombreux facteurs à risques potentiels : maintien d’un IMC correct,
diminution de la fréquence cardiaque, évacuation du stress. En outre, le cœur,
comme tout muscle de notre corps, peut être entraîné pour être plus
performant, et pour mieux supporter l’effort. Sans pour autant s’inscrire dans
des clubs de sport intensifs, la pratique régulière (ou au moins deux fois par
semaine) d’une activité physique modérée (préférentiellement un sport
d’endurance) comme la marche à pied ou la natation est idéale pour prévenir de
tels risques.
Nous n’avons pas parlé des (nombreux) traitements et médicaments prescrits
pour remédier à ces différents problèmes, tout simplement parce que chaque
pathologie est unique. En outre, si les mesures d’hygiène ou diététiques sont
insuffisantes, il appartient au médecin et à lui seul de prescrire un traitement
médicamenteux adapté (antidiabétiques, antihypertenseurs, hypocholestérolémiants,
etc.)
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Conclusion
Pour conclure, nous pouvons tout d’abord dire que les capacités cardiaques sont
excellentes à l’âge de 16 ans. Dès lors, la seule explication possible au décès du jeune
Maxime Candau est un trouble au niveau du cœur. La première hypothèse est une
pathologie de type morphologique, touchant de manière directe la structure cardiaque.
Nous avons vu qu’il en existait de nombreuses ; peut-être le jeune sportif a-t-il été
atteint par l’une d’entre-elles. La seconde hypothèse est liée à des facteurs ou à des
attitudes à risque, atteignant le cœur indirectement. Encore une fois, nous avons vu qu’il
en existait un nombre important ; là encore, cela peut être une des causes du décès de
notre sportif.
Nous avons finalement exploré de nombreuses pistes, et il est probable que l’une
d’elles soit la cause du décès de notre sportif et la réponse à notre problématique. Il a
été impossible d’obtenir la cause précise du décès de Maxime Candau, celle-ci étant
bien sûr sous secret médical. Néanmoins, ce triste événement nous a permis de réaliser
ce travail qui pourrait, peut-être, sensibiliser quelques personnes à ce problème de
santé publique que sont les maladies cardiaques.
Nous comprenons maintenant que le cœur est un des organes les plus
importants du corps humain ! Pourtant nous avons aussi vu que cet organe pouvait être
atteint de nombreuses maladies. Des traitements à courts, voire très courts termes (de 6
mois à 1 an) peuvent remédier à ces maladies. Ainsi, si le cœur n’est pas parfaitement
fonctionnel, on peut aujourd’hui le remplacer par le cœur fonctionnel d’un donneur :
c’est la transplantation cardiaque. Et si le cœur humain en lui-même n’est pas 100%
fiable, pourquoi ne pas le remplacer par un cœur artificiel plus performant ?
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Sources
Livres consultés
LE GRAND GUIDE VISUEL DU CORPS HUMAIN, ALICE ROBERTS, 2011
LE CORPS HUMAIN, PORTAIL DES SCIENCES, LAROUSSE , ISABELLE BOURDIAL, 2000
GRAND ATLAS DU CORPS HUMAIN (DESCRIPTION, F ONCTIONS, PATHOLOGIE ), LAROUSSE,
JACQUES AMOUROUX , 1996
MEDECINE ET SANTE, PORTAIL DES SCIENCES, LAROUSSE , ISABELLE BOURDIAL, 2001
Magazines consultés




LEICHTATHLETIKTRAINING–ZEITSCHRIFT, FEVRIER/MARS 2006
LEICHTATHLETIKTRAINING–ZEITSCHRIFT, JANVIER 2008
LA RECHERCHE N°115, OCTOBRE 1980
POUR LA SCIENCE HORS-SERIE, JUILLET/SEPTEMBRE 2003
Sites internet consultés
http://www.ac-nancymetz.fr/enseign/svt/innov/compeda/agreg02/brecourt/experience.htm
http://www.ac-nancymetz.fr/enseign/svt/innov/compeda/agreg02/brecourt/intro.htm#organi
http://www.polyclinique-saint-laurent.fr/
http://www.chirurgie-cardiaque-pitie.fr/
http://www.medecine.univ-rennes1.fr/
http://www.besancon-cardio.org/
Nota Bene : nos synthèses personnelles sont disponibles à l’adresse http://tpe-limites-coeurhumain.webnode.fr/synth%C3%A8ses-personnelles/
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Remerciements
Nous souhaitons ici remercier toutes les personnes qui nous ont aidés dans la réalisation
de ce TPE:

Madame Foti et Monsieur Jalogne, nos professeurs encadrants, qui nous ont
conseillés tout au long de nos travaux ;

Le Docteur Frédéric Victor, pour avoir répondu rapidement à nos (très)
nombreuses questions ;

Le boucher extrêmement sympathique de la Boucherie Lucien, à la Teste-deBuch (33), qui a réussi à nous avoir trois cœurs d’agneau en un temps record ;

Monsieur Schaeffer, pour nous avoir gentiment procuré un cœur de cerf ;

Mademoiselle Martz, pour nous avoir conseillés sur la mise en place du test
d’effort, et Monsieur Bleser pour nous avoir prêté des magazines pour affiner
nos données. Merci à eux deux et à Mme Romang de nous avoir autorisés à
organiser les sessions de tests d’effort pendant leurs heures de cours ;

Les 20 élèves (Joseph, Oliver, Etienne, Amélie, Roxanne, Louise, Lisia, Martin,
Anne-Cécile, Aurélie, Claire, Léo, Romain, Thomas, Constant, Tom, Rodrigo,
Maud) ayant participé vaillamment à notre test d’effort.
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Annexes
Affiche de promotion du test d’effort.
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Questionnaire rempli par les coureurs volontaires.
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