Fiche explicative de la leçon: Régulation du rythme cardiaque Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la régulation électrique du rythme cardiaque, et à rappeler ce que l’on entend par systole et diastole.

Comme nous le savons, le cœur est l’organe qui pompe le sang vers les différents organes du corps. Nous percevons l’action de pompage de notre cœur comme des battements de cœur ou pulsations cardiaques également appelés le rythme cardiaque. La fréquence normale de ses pulsations ou rythme cardiaque chez un adulte en bonne santé est d’environ 70 battements de cœur par minute. Au cours d’une durée de vie moyenne, le cœur humain bat environ 2,5 milliards de fois ! 

Vous pouvez sentir votre cœur battre dans votre poitrine ou en prenant votre pouls au niveau de votre poignet. Vous avez peut-être remarqué que votre cœur bat plus vite lorsque vous faites de l’exercice ou que vous êtes nerveux ou agité. Votre fréquence cardiaque diminue également pendant la nuit lorsque vous dormez et elle augmente progressivement après le réveil. Ceci est dû au fait que votre fréquence cardiaque change en fonction de votre état physique (si vous faites de l’exercice ou si vous êtes au repos) et de votre état psychologique (si vous êtes calme ou excité).

L’action de pompage du cœur implique des cycles de contractions et de relaxations des cavités cardiaques. Ces contractions et relaxations sont régulées par des signaux électriques. Des tissus cardiaques spécialisés génèrent et transmettent ces signaux électriques à intervalles réguliers, ce qui entraîne l’action de pompage du cœur.

Sur la figure 1, vous pouvez voir les différentes cavités et vaisseaux sanguins du cœur. Examinons ces structures et relions leurs fonctions à la suite d’événements du rythme cardiaque.

Pour commencer, toutes les cavités du cœur sont au repos, comme le montre la figure 2. Cela permet au sang acheminé au cœur par la veine cave supérieure, la veine cave inférieure et la veine pulmonaire d’entrer dans les atria des deux côtés.

Dans le coin supérieur droit de l’atrium droit du cœur se trouve une structure constituée de cellules musculaires cardiaques et de cellules nerveuses spécialisées, appelée nœud sinusal. Le nœud sinusal est intégré dans la paroi auriculaire droite, près de la connexion entre l’atrium droit et les grandes veines, comme le montre la figure 3. Ce nœud génère des signaux électriques sans aucun stimulus externe et peut générer ces signaux à un rythme d’environ 70 par minute.

Une fois que l’atrium droit est rempli de sang, le nœud sinusal génère un signal électrique. L’onde d’activité électrique se propage à travers les atria droit et gauche, provoquant leur contraction, comme le montre la figure 3. La valve qui empêche le passage des atria aux ventricules s’ouvre, et la contraction pousse le sang dans les ventricules de chaque côté, qui restent au repos.

Le signal provenant du nœud sinusal atteint un autre nœud, appelé nœud atrioventriculaire, situé dans le coin inférieur gauche de l’atrium droit près du septum, qui sépare les atria des ventricules. Le signal électrique généré par le nœud sinusal est reçu par le nœud atrioventriculaire, comme indiqué sur la figure 3.

Le signal électrique continue à travers un faisceau de fibres musculaires spécialisées appelé faisceau de His, ou faisceau atrioventriculaire, comme le montre la figure 4. Cette structure transmet le signal électrique aux ventricules. Ici, au niveau du septum interventriculaire, le faisceau de His se ramifie en branches gauche et droite pour transporter l’impulsion électrique vers la base des ventricules.

Ces branches se ramifient en fibres musculaires spécialisées plus fines qui remontent le long des parois musculaires externes des deux ventricules. Ces fibres, qui peuvent transmettre des signaux électriques, sont appelées fibres de Purkinje. Les impulsions électriques traversent ces fibres et atteignent les parois des ventricules, comme le montre la figure 5. Cela provoque la contraction simultanée des ventricules de chaque côté, ce qui leur permet de pomper le sang hors du cœur à travers les vaisseaux sanguins vers les organes de l’organisme.

Exemple 1: Identifiez l’impulsion électrique depuis le nœud sinusal

Les schémas fournis montrent un aperçu simplifié du cycle cardiaque. Les flèches mauves indiquent la propagation d’une impulsion électrique, et la nuance mauve indique quand une zone se contracte.

Quel schéma illustre le mieux la propagation initiale de l’impulsion électrique depuis le nœud sinusal ? 

Réponse

L’action de pompage du cœur et la vitesse à laquelle il pompe sont régulées par un système de conduction électrique. Des structures spécialisées dans le cœur, constituées de cellules de muscles cardiaques et de cellules nerveuses, génèrent et transmettent des signaux électriques, provoquant la contraction des différentes cavités cardiaques lorsque le signal les atteint.

Dans le coin supérieur droit de l’atrium droit se trouve une structure appelée nœud sinusal. Ce nœud est capable de générer des signaux électriques sans aucun stimulus externe.

Le signal généré par le nœud sinusal se propage à travers les atria gauche et droit, provoquant leur contraction. Cette contraction pousse le sang à travers les valves et dans les ventricules des deux côtés, qui restent au repos afin de se remplir de sang.

Examinons les schémas. Nous savons que le signal provenant du nœud sinusal vient du coin supérieur droit de l’atrium droit et provoque la contraction des deux atria, les deux cavités supérieures du cœur.

La figure 2 montre une représentation appropriée de ce signal. Les flèches mauves, qui indiquent la direction de propagation de l’impulsion électrique, proviennent du nœud sinusal dans le coin supérieur droit du cœur. La nuance mauve, qui indique la contraction d’une zone, s’étend sur les deux atria.

Par conséquent, la figure 2 illustre le mieux la propagation initiale de l’impulsion électrique depuis le nœud sinusal.

Le nœud sinusal est appelé « pacemaker » ou stimulateur cardiaque, car il génère ses propres signaux électriques et régule la vitesse à laquelle le cœur bat. C’est également pour cette raison que le cœur est décrit comme étant myogénique - cela signifie que l’impulsion électrique provient d’un tissu musculaire.

Récapitulons rapidement ce que nous avons appris sur le système de conduction électrique dans le cœur. La figure 6 représente les étapes de la conduction électrique en bleu et les contractions et relaxations correspondantes des cavités cardiaques en orange.

Exemple 2: Propagation de l’impulsion électrique dans le cycle cardiaque

En commençant par une impulsion électrique générée dans le nœud sinusal, quelle séquence décrit dans le bon ordre la propagation des impulsions électriques dans le cycle cardiaque ? 

1. Nœud sinusal Faisceau de His Fibres de Purkinje Nœud atrioventriculaire
2. Nœud sinusal Fibres de Purkinje Nœud atrioventriculaire Faisceau de His
3. Nœud sinusal Nœud atrioventriculaire Fibres de Purkinje Faisceau de His
4. Nœud sinusal Faisceau de His Nœud atrioventriculaire Fibres de Purkinje
5. Nœud sinusal Nœud atrioventriculaire Faisceau de His Fibres de Purkinje

Réponse

Le cycle cardiaque est régulé par un système de conduction électrique dans le cœur. Des structures spécialisées, constituées de cellules musculaires cardiaques et de cellules nerveuses, sont chargées de générer et de transmettre des signaux électriques dans le cœur, ce qui entraîne une contraction des cavités lorsque le signal les atteint. L’ordre de propagation du signal électrique est représenté sur la figure ci-dessous.

L’impulsion électrique est d’abord générée par le nœud sinusal, situé dans le coin supérieur droit de l’atrium droit. Ce nœud régule la vitesse à laquelle le cœur bat et est donc appelé « pacemaker » ou stimulateur cardiaque.

A partir du nœud sinusal, l’onde d’activité électrique se propage à travers les deux atria du cœur, ce qui mène à leur contraction. Elle atteint un autre nœud, appelé nœud atrioventriculaire, situé dans le coin inférieur gauche de l’atrium droit. Le nœud atrioventriculaire est situé près du septum interventriculaire, qui est la paroi musculaire qui sépare les atria des ventricules.

Le nœud atrioventriculaire reçoit le signal du nœud sinusal et le transmet au faisceau de His, qui est un faisceau de fibres musculaires spécialisées le long du septum interventriculaire. Ce faisceau transmet l’impulsion électrique des atria aux ventricules. Le faisceau de His se ramifie en branches gauche et droite le long du septum interventriculaire et vers la base des deux ventricules.

De là, les branches gauche et droite se ramifient en fibres musculaires spécialisées plus fines qui remontent le long des parois musculaires externes des ventricules. Ces fibres sont appelées fibres de Purkinje et peuvent transmettre des signaux électriques. Le signal électrique acheminé par les fibres de Purkinje provoque la contraction des deux ventricules, ce qui pompe le sang hors du cœur.

Le bon ordre de propagation des impulsions électriques dans le cycle cardiaque est donc Nœud sinusal Nœud atrioventriculaire Faisceau de His Fibres de Purkinje.

Maintenant que nous avons couvert les mécanismes de conduction électrique dans le cœur, il nous reste à une question importante à répondre : qu’est-ce qui provoque le son de battement que nous entendons dans notre cœur ? 

Un battement de cœur fait généralement un son proche de « Badoum baboum ». Les deux sons se distinguent clairement - le premier « Badoum » est long et grave, tandis que le second « baboum » est plus court et plus aigu. Comme nous l’avons appris, les deux ventricules passent par des cycles de contractions et de relaxations au fur et à mesure que le sang se déplace dans le cœur et vers le reste du corps. Ce cycle de contractions et de relaxations est appelé cycle cardiaque et comporte deux phases distinctes : la systole et la diastole.

La phase de contraction des ventricules pendant le rythme cardiaque est appelée systole. Lorsque les ventricules se contractent, les valves empêchant le passage des atria aux ventricules se ferment pour empêcher le sang de revenir vers les atria. La fermeture de ces valves, appelées valves atrioventriculaires, produit le son « Badoum » plus long et plus grave.

Lorsque les ventricules se contractent, le sang est pompé hors du cœur par l’artère pulmonaire et l’aorte. Une fois la systole (ou contraction ventriculaire) terminée, les quatre cavités cardiaques se relâchent et les valves atrioventriculaires s’ouvrent. Cette phase est appelée diastole.

Lorsque les ventricules se relâchent, les valves cardiaques empêchant le passage des ventricules à l’artère pulmonaire et à l’aorte se ferment. La fermeture de ces valves provoque le son « baboum » qui est plus court et plus aigu.

Le sang qui passe dans les vaisseaux du système circulatoire est dans un état constant de circulation. Le cœur, comme nous le savons, pompe le sang dans tout l’organisme en exerçant une pression sur le sang. Cette pression permet au sang de rester en circulation dans tout le système circulatoire. Le sang exerce à son tour une pression sur les parois des vaisseaux sanguins (les artères) qui le transportent. Cette pression, appelée pression artérielle, est une mesure importante qui permet d’établir le bon fonctionnement du cœur et des vaisseaux sanguins.

Pendant la phase systolique du cycle cardiaque, lorsque les ventricules se contractent et que le sang est pompé hors du cœur, la pression artérielle est à son maximum. C’est ce qu’on appelle la pression artérielle systolique. Chez un adulte en bonne santé, la pression systolique est généralement d’environ 120 mmHg.

En revanche, pendant la phase diastolique, les ventricules se relâchent. Cela signifie que, entre deux battements, la pression artérielle est à son niveau le plus bas pendant la phase diastolique du cycle cardiaque. Chez un adulte en bonne santé, la pression diastolique est généralement d’environ 80 mmHg.

La pression (ou tension) artérielle normale d’un adulte en bonne santé est donc considérée comme étant de 120/80 mmHg. Étant donné que les artères sont les vaisseaux qui transportent le sang hors du cœur, le sang est poussé à travers les artères avec une plus grande pression. Les artères ont également des parois plus épaisses et musclées que les veines. Cela signifie que les artères ont une pression artérielle plus élevée que les veines, qui en revanche transportent le sang qui circule avec moins de pression. Étant donné que les veines ont des parois musculaires plus fines, les muscles squelettiques autour des veines jouent un rôle important dans la circulation du sang dans les veines. Lorsque les muscles squelettiques autour d’une veine se contractent, cela aide à contracter la veine elle-même, ce qui pousse le sang à retourner au cœur.

Il est également intéressant de noter que la pression artérielle diminue dans les vaisseaux les plus éloignés du cœur. La mesure de la pression artérielle se fait dans les bras, car les vaisseaux sont plus proches du cœur et donnent donc une mesure plus précise de la force avec laquelle le cœur pompe le sang.

La pression artérielle est mesurée à l’aide d’un instrument appelé tensiomètre, qui se compose d’un brassard gonflable qui s’enroule autour du bras et d’une colonne de mercure utilisée pour lire la pression du flux sanguin. Le brassard est gonflé et se resserre autour du bras jusqu’à ce que le flux sanguin vers l’avant-bras soit complètement restreint. Un stéthoscope est ensuite positionné au niveau du pli du coude, aux dessus des vaisseaux sanguins, tandis que l’air est libéré de façon lente et continue du brassard.

Au fur et à mesure que le brassard se desserre, le sang recommence à circuler dans l’avant-bras. Ce sang est à la pression la plus élevée possible, autrement dit la pression artérielle systolique. À ce stade, un son de battement du cœur peut être entendu à travers le stéthoscope, et la pression indiquée sur la colonne de mercure correspond à la pression artérielle systolique. Au bout de quelques secondes, le flux sanguin revient à la normale et atteint finalement la pression la plus basse ou pression diastolique. À ce stade, le son de battement s’arrête, et la pression indiquée sur la colonne de mercure correspond à la pression artérielle diastolique.

Il existe aussi des tensiomètres numériques ou électroniques dans lesquels la pression est enregistrée par un appareil au lieu d’être observée manuellement à partir d’une colonne de mercure. Les tensiomètres numériques sont cependant moins précis et moins fiables que les tensiomètres à mercure.

La mesure de la pression artérielle est un moyen utile de détecter d’éventuels problèmes dans le cœur ou les vaisseaux sanguins d’un patient. L’augmentation de la pression artérielle est appelée hypertension et peut être causée par plusieurs facteurs différents. Par exemple, par le rétrécissement des artères provoqué par l’accumulation de plaque formée par le cholestérol et les graisses le long des parois des artères, ou par l’augmentation du volume sanguin causée par la rétention d’eau due à des concentrations élevées de sodium.

Passons en revue tout ce que nous avons appris sur la régulation du rythme cardiaque.