Relations pression-volume ventriculaires

La relation tension-longueur d'un muscle peut se transposer au niveau du cœur et être décrite sous la forme d'une relation volume ventriculaire (qui exprime la longueur du muscle) - pression intra-ventriculaire (qui exprime la tension du muscle). Si l'on reporte les variations du volume et de la pression durant tout un cycle cardiaque sur un diagramme pression/volume, on obtient le diagramme du travail du cœur (Frank, 1895).

Pour construire le diagramme du travail cardiaque, il faut connaître les courbes pression/volume suivantes :

  1. La courbe de « longueur de repos » indique les pressions qui se forment passivement (en l'absence de contraction musculaire) pour divers volumes de remplissage du ventricule.
  2. La courbe des maxima isovolumétriques est obtenue expérimentalement puisque la variation de pression ventriculaire maximale se produit en situation isovolumique, c'est-à-dire en l'absence d'éjection cardiaque. Elle dépend du volume de remplissage. Cette courbe s'élève si la contractilité est accrue.
  3. La courbe des maxima isotoniques : l'éjection est contrôlée (expérimentalement) de manière à ce que la pression soit constante durant la diminution de volume ventriculaire (isotonie). Elle dépend aussi du volume de remplissage.
  4. La courbe de maximum auxotonique (courbe MA) pour chaque volume de remplissage. La systole comprend une phase de contraction isovolumétrique, qui est suivie d'une phase d'éjection auxotonique (le volume ventriculaire décroît mais la pression continue de s'élever. L'addition de ces deux types de contractions porte le nom de contraction auxotonique. Pour un certain volume de remplissage son maximum change, celui-ci dépendant de la pression aortique télédiastolique, mais tous ces maxima sont situés sur la courbe MA. La courbe MA comporte les valeurs pression/volume qui résultent de toutes les combinaisons de variations concomitantes de pression et de volume (contraction auxo-tonique). Le graphe MA est la ligne qui relie le point isovolumétrique et le maximum isotonique correspondant à un remplissage donné. Les variations de volume de remplissage comme celles de contractilité déplacent la courbe MA.

Boucle pression/volume

Si l'on traite les valeurs de pression et de volume d'un cycle cardiaque effectif à la manière d'un diagramme de travail établi en fonction de la pression et du volume, on obtient pour le ventricule gauche le cycle suivant : le volume en fin de diastole est de 130 ml (VTD). Durant la phase de contraction, la pression ventriculaire augmente de manière isovolumétrique (toutes les valvules sont fermées) jusqu'à ce que la pression ventriculaire atteigne la valeur de la pression aortique (ici 10.7 kPa. soit 80mmHg). Pendant la phase d'éjection, la pression continue à croître du moins au début, alors que le volume ventriculaire décroît d'un volume équivalent au volume d'éjection . Lorsque la pression maximale est atteinte (pression systolique), le volume ne change presque plus, mais la pression chute jusqu'à devenir inférieure à la pression aortique. Durant la phase de relaxation, la pression chute (volume constant) jusqu'à 0. Il ne reste dans le ventricule que le « volume résiduel » (volume télésystolique, VTS). Durant la phase de remplissage, la pression ventriculaire monte à nouveau peu à peu (selon la courbe d'étirement de repos).

L'adaptation du cœur aux modifications de remplissage ventriculaire (précharge) et de pression aortique (postcharge) est assurée de manière automatique par les variations de tension de repos (longueur des fibres myocardiques) : mécanisme de Frank-Starling.

Étant donné que le travail (Nxm) est le produit d'une pression (Nxm-2 ) par un volume (m3), la surface comprise dans le tracé représente la relation pression/volume du cycle cardiaque et exprime le travail de la fonction cardiaque (travail = P x V). C'est le travail fourni par le ventricule gauche durant la systole. La surface comprise sous la courbe d'étirement de repos exprime le travail de remplissage diastolique.

Il faut ajouter au travail systolique (P x V) de chacun des ventricules (environ 1,1 J au repos) environ 20% qui représentent le travail de l'onde de pression (dilatation des parois des vaisseaux). La quantité de travail absorbée par l'accélération du sang (inertie) est négligeable au repos (1 % du travail P x V) mais augmente lorsque la fréquence cardiaque est élevée.

La puissance totale développée au repos par le cœur est d'environ 1,5 W.