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L’activité cardiaque
Le coeur, les vaisseaux sanguins et le sang constituent l'appareil circulatoire présentant quelques particularités par rapport aux autres systèmes: son automatisme de fonctionnement. Grâce au stéthoscope permettant l'oscultation et la prise de la tension artérielle, l'électrocardiographie ou l'enregistrement électrique de l'activité cardiaque,on a pu cerner l'automatisme cardiaque et la physiologie du système circulatoire.
A- LE COEUR DES MAMMIFERES
I- MORPHOLOGIE
Le coeur d'un mammifère comprend trois parties distinctes:- Les oreillettes localisées aux parties supérieures et ayant un aspect flasque au toucher;
- Les ventricules intérieurement separés par le sillon inter-ventriculaire.
- Les vaisseaux sanguins.
II- ANATOMIE ET ORGANISATION INTERNE
Une coupe longitudinale du coeur( coupe passant par les deux oreillettes et les deux ventricules) met en évidence quatre cavités communiquant par tranche de deux de la manière suivante:
- Oreillette droite-ventricule droit
- Oreillette gauche-ventricule gauche
Des valvules auriculo-ventriculaires séparent oreillettes et ventricules. Du côté droit, on compte trois lames d'où le nom de valvule tricuspide. Du côté gauche, la valvule mitrale n'est formée que de deux lames d'où le nom de valvule bicuspide. Les valvules sigmoïdes localisées aux embouchures artères-ventricules permettent de propulser le sang vers les artères et bloquent le système retour ou reflux.
COUPE LONGITUDINALE D'UN COEUR
Le tissu cardiaque est apppelé myocarde et on désigne par septum interventriculaire le myocarde localisé entre les deux ventricules.
STRUCTURE MUSCULAIRE
L'ensemble du coeur est protégé par une membrane appelée péricarde composée de deux feuillets. Un feuillet interne ou vicéral et un feuillet externe ou péricarde. Le muscle cardiaque fibreuse, est le myocarde. Il a une structure syncytiale. Vu au microscope, on a l'aspect suivant:
B-LE COEUR D'UNE GRENOUILLE
Le coeur d'une grenouille n'a qu'un seul ventricule et deux oreillettes.
FACE VENTRALE DU COEUR D'UNE GRENOUILLE
FACE DORSALE DU COEUR D'UNE GRENOUILLE
C- L'AUTOMATISME CARDIAQUE
I- MISE EN EVIDENCE DE CET AUTOMATISME CHEZ LA GRENOUILLE
En décérébant ou en démédullant une grénouille, on peut ouvrir sa cage thoracique et dégager son coeur sans qu'il n'y ait sensibilité, motricité ni réflexe. On observe alors le coeur battre pendant deux ou trois heures en absence de centres nerveux. On déduit que l'activité du coeur est indépendante du centre nerveux.
Chez la tortue, le coeur isolé du système nerveux, peut encore battre durant une semaine.
En détachant le coeur et en le plongeant dans une solution de chlorure de sodium à 8‰ ou dans une solution physiologique de Ringer, le coeur continue de battre hors de l'organisme: c'est l'automatisme cardiaque.
Chez les mammifères, pour maintenir le coeur en vie, il faut le perfuser avec du serum glucosé et oxygéné.
II- METHODE D'ETUDE DES BATTEMENTS DE COEUR CHEZ LA GRENOUILLLE
1°) Le cardiographe(voir schéma)
2°) Le cardiogramme
AB: Contractions des oreillettes: systole auriculaire(S.A.)
BE: Relâchement des oreillettes: diastole auriculaire
CD: Contraction du ventricule: systole ventriculaire(S.V.)
DF: Relâchement du ventricule: diastole ventriculaire
Le tracé obtenu au moyen du cardiographe est appelé cardiogramme. Les phases de concentration sont appelées systole et les phases de relâchement diastole.
a- Activité des oreillettes
-La portion AB correspond aux systoles auriculaires ou contraction des oreillettes.
-La portion BE correspond au relâchement ou décontraction des oreillettes. Cette diastole auriculaire se poursuit pendant la systole ventriculaire et une partie de la diastole ventriculaire. La durée de la diastole auriculaire correspond à B'E. La diastole étant une période inactive, on remarque donc que les oreillttes se reposent plus qu'elles ne travaillent.
B- Activité du ventricule
La portion de tracé CD-DF correspond au fonctionnement des ventricules. Il comprend:
-Une partie ascendante CD qui représente la systole ventriculaire débutant avant la fin de la décontraction des oreillettes et dont la durée est CD';
-Une phase DF correspondant la décontraction du ventricule. Cette diastole a une durée, qui correspond à la longueur D'F. Ici encore, on constate que le ventricule se repose plus qu'il ne travaille.
C- REVOLUTION CARDIAQUE
Elle correspond à une activité complète du coeur c'est-à-dire une activité auriculaire suivie d'une activité ventriculaire.
CONCLUSION
A partir du cardiogramme,on perçoit nettement plus courtes que les diastoles auriculaires et ventriculaires.ce qui signifie que le coeur se repose plus qu'il ne travaille(3/10 seconde pour les systoles et 5/10 seconde pour les diastoles)
III- SIEGE DE L'AUTOMATISME CARDIAQUE
1°) Mise en évidence
Sur une grénouille dépourvue de centres nerveux et dont le coeur est mis à nu, on établit une ligature entre le sinus veineux et les oreillettes, on constate que le coeur s'arrête de battre. Seul le sinus veineux continue de battre. Si la ligature est déplacée entre les oreillettes et le ventricule, on observe un arrêt du ventricule tandisque le sinus veineux et les oreillettes continuent de battre. De cette expérience, on déduit que le sinus veineux constitue le siège de l'automatisme cardiaque; c'est le centre automagène du coeur de la grénouille.
Chez les mammifères, lorsqu'on explore la zone sinusale à l'aide d'électrode, on provoque des dépolarisations qui se propagent suivant toutes les cellules myocardiques voisines provoquant ainsi la contraction des oreillettes puis des ventricules.
2°) Interprétation et généralisation
TISSU NODAL CHEZ LES MAMMIFERES
Chez les mammifères et particulièrement chez l'homme, le tissu nodal se compose du noeud sinusal, du noeud septal, du réseau(faisceau) de Purkinje, du faisceau de his. Le potentiel d'action responsable de la contraction spontanée et rythmée du coeur nait dans le noeud sinusal, se propage dans le myocarde auriculaire pour atteindre le noeud septal qui le transmet au myocarde ventriculaire grâce au faisceau de his et au réseau de Purkinje. C'est la raison pour laquelle la contraction auriculaire précède la contraction ventriculaire. Preuve que le sinus( noeud sinusal) est le seul centre automagène du coeur des mammifères.Il existe une automatisme entre les centres doués d'automatisme:- grénouille: sinus—entonnoir
-Mammifères: noeud sinusal— noeud septal— noeud de his.
3°)Perturbation du rythme cardiaque sous l'effet d'agents externes
a-Utilisation du courant électrique
Lorsqu'on effectue des enregistrements des contractions et relâchement cardiaques du coeur de grénouillle après excitation des centres de l'automatisme cardiaque, on observe:
-qu'après une excitation portée sur le sinus: une excitation pendant la systole auriculaire n'a aucun effet.Cependant lorsque l'excitation survient pendant une diastole auriculaire, il se produit une nouvelle systole auriculaire appellé extra systole qui perturbe le rythme originale de tout le coeur. C'est la raison pour laquelle ces extra systoles sont dites décalantes car il y a décalage des contractions.
-Qu'après une excitation (noeud septal): une excitation des ventricules en systole est sans effet. Par contre, une excitation portée pendant la diastole ventriculaire provoque des extra systoles ventriculaires. La diastole suivante est longue et qualifiée de repos compensateur. Aucun décalage du rythme cardiaque n'est observé.
Rque: les fibres musculaires étant liées les unes aux autres ne sont donc pas tétanisables.
b°) Effet de la température
Dans les mêmes conditions , les excitations thermiques conduisent aux mêmes observations.
D-ROLE DU SYSTEME NERVEUX DANS LES REPONSES ADAPTATIVES DU COEUR
Lorsque l'on perfuse le coeur isolé d'un mammifère, on constate que le rythme cardiaque va jusqu'à 100 battements/ mn. Alors que dans les conditions naturelles, il est de 70 battements/mn. Cette observation prouve qu'il y a intervention externe dans le rythme cardiaque.On note aussi la variation du rythme cardiaque pendant le sport. Les explorations indiquent la présence de filets nerveux aboutissant au coeur et ayant leurs corps cellulaires dans le bulbe rachidien ou dans la moelle épinière. Il existe deux types(catégories) de nerfs appartenant au système neuro-végétatif.
I-LES NERFS CENTRIFUGES
1°)Le système parasympathique
Des filets nerveux, des filets pneumo-gastriques partent du bulbe rachidien et aboutissent aux parois auriculaires droites.
La section de ces nerfs chez l'homme ou chez le chien provoque une accélaration cardiaque, accélération pouvant atteindre 120bats/mn chez l'homme et 200 bat/mn chez le chien.
L'excitation chez la grénouille ou chez le chien par des stimili d'intensités modérées aboutissent à un ralentissement du rythme cardiaque(50bats /mn). Les diastoles s'allongent c'est-à-dire durent plus longtemps: c'est la bradycardie pouvant s'achever par un arrêt du coeur en diastole. Cependant, on observe peu de temps après une reprise des contractions malgré le phénomène d'échappement.
La même expérience à été reprise sur un chien et on a pu suivre au manomètre de Ledwig la diminution de pression sanguine pendant l'excitation du pneumo-gastrique. On enregistre le tracé suivant:
Le système parsympathique a une action modératrice sur le coeur. C'est donc un centre cardio-modérateur assurant le tonus parasympathique.
2°)Le système othosympathique
Il s'agit de filets nerveux à corps cellulaires localisés dans le ganglion étoilé faisant partie de la chaîne ganglionnaire parallèle à la moelle épinière.Leurs axones entrent en liaison avec les neurones orthosympathiques de la moelle épinière cervico-dorsale et les cellules myocardiques ventriculaires.
-La section des nerfs orthosympathiques provoque un ralentissement du rythme cardiaque.
Leur excitation ou l'excitation du ganglion étoilé provoque une accélération du rythme cardiaque sans phénomènes d'échappement: c'est la tachycardie.
Le système orthosympathique a une action accélératrice sur le rythme cardiaque; c'est donc un centre cardio-accélérateur assurant le tonus orthosympathique.
CONCLUSION
Les deux centres nerveux parasympathique et orthosympathique jouent des rôles importants sur le rythme cardiaque
-Le 1er(parasympathique) inhibe le coeur et le 2nd( l'orthosympatique) accélère le rythme;
-Le rythme cardiaque dépend donc de l'automatisme sinusal du tonus parasympathique et orthosympatique.
II-LES NERFS CENTRIPETES
INNERVATION NERVEUSE DU COEUR
Les fibres nerveuses centripètes partent:
-de l'oreillette droite et forment à ce niveau avec les autres fibres le plexus cardiaque;
-de la crosse aortique et des artères corotidiques.
Ces fibres nerveuses entrent en liaison avec la moelle épinière ou le bulbe rachidien et fournissent au centre nerveux tous les renseignements indispensables à la régulation du rythme cardiaque: taux de gaz carbonique, pression sanguine liée à la concentration des électrolytes(ions) dans le sang, pression du sang dans la crosse.
E-MODE D'ACTION DU SYSTEME NERVEUX CARDIAQUE: les médiateurs chimiques
En isolant un coeur de grénouille maintenu en vie dans une solution de Ringer, on peut suivre l'effet des médiateurs chimiques que sont l'acétylcholine et la noradrénaline.
I-ACTION DE L'ACETYLCHOLINE
En ajoutant au liquide de Ringer de l'acétylcholine on observe un arrêt du coeur avec reprise spontanée ou échappement.
II-ACTION DE LA NORADRENALINE
En reprenant la même expérience et en remplaçant l'acétylcholine par la noradrenaline, on observe une accélération du rythme cardiaque.
III-CONTROLE DE l'ACTIVITE CARDIAQUE PAR L'ACETYLCHOLINE ET LA NORADRENALINE
COEUR A
COEUR B
Deux coeurs de grénouille ou de rat irrigués par du liquide physiologique sont réliés entre eux par une canule de perfusion.Le prémier coeur A par lequel passe le liquide physiologique a son pneumogastrique soumis à des excitations.On suit le rythme cardiaque de ces deux coeurs grâce à la cardiographie:
-en excitant le pneumogastrique du coeur A, on observe un ralentissement de son rythme cardiaque suivi d'un arrêt(puis d'un ralentissement). Ouelques instants aprèes , il y a un ralentissement du rythme cardiaque du coeur B suivi d'un arrêt et d'un échappement.
En analysant le liquide physiologique après l'excitation du coeurA, il s'ensuit qu' il renferme de l'acétylcholine forcement libérée par les fibres nerveuese pneumogastriques. Le phénomène d'échappement se doit à la destruction de l'acétylcholine par la cholinestérase. L'acétylcholine est donc une substance cardio-modératrice
Rque: la destruction de la cholinestérase par l'ésérine constitue le système de décodage. L'ésérine est dite parasympathomimétique.
-La même expérience reprise avec cette excitation des fibres orthosympathiques provoque une acccélération des rythmes cardiaques des Coeurs A et B suite à une libération de la noradrénaline. La noradrénaline est une substance cardio-accélératrice.
IV- ACTION DE L'ADRENALINE
Cette substance est sécrétée par la médullo-surrénale encore appelé glande des émotions. C'est donc un centre cardio-accélérateur responsable des multiples tachycardies que l'on peut observer en cas de danger. La médullo-surrénale sécrétant l'adrénaline proche de la noradrénaline communique avec le coeur grâce aux nerfs splanchniques.
Rque: l'augmentation du rythme cardiaque pendant le sport est due à une concentration excessive du gaz carbonique qui irrite ou excite les ganglions étoilés et les fibres orthosympathiques.
F- INFLUENCE DE LA TEMPERATURE ET DES IONS PLASMATIQUES SUR LE RYTHME CARDIAQUE
1°) Action de la température
Une température très élévée provoque l'accélération du rythme cardiaque(révolutions brèves, amplitudes très grandes). La déperdition thermique est donc maximale.
II- ACTION DES IONS
1°) Les ions Ca²+
Les ions Ca²+ fortement concentrés provoquent une augmentation des amplitudes de concentration renforçant ainsi le tonus cardiaque orthosympathique.
2°) Les ions K+ et Na+
Ces ions K+ et Na+ provoquent par leur présence massive un ralentissement du rythme cardiaque: ce sont donc des inhibiteurs au même titre que le parasympathique. K+ et Na+ participent donc au renforcement du tonus cardiaque parasympathique.