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Deux pompes dans un muscle gros comme le poing
Serrez le poing. Votre cœur fait à peu près cette taille : environ 12 cm de long, 8 de large et 6 d’épaisseur, pour 250 à 350 g environ. Il se trouve au milieu de la poitrine, derrière le sternum, entre les deux poumons. Il est incliné : environ les deux tiers de son volume sont situés à gauche de l’axe du corps, et sa pointe, l’apex, est tournée vers le bas et vers la gauche. Au repos, un cœur en bonne santé bat environ 60 à 100 fois par minute. Dans une étude menée sur 92 000 adultes équipés d’un bracelet connecté, la moyenne tournait autour de 65.
Chez un adulte type, chaque battement chasse environ 70 mL de sang. Au repos, cela fait environ 5 litres par minute, soit à peu près tout le sang que contient votre corps. En moyenne, votre sang fait donc le tour complet du corps environ une fois par minute. Votre cœur, lui, bat environ 100 000 fois par jour. En réalité, le cœur, ce sont deux pompes côte à côte. Le côté droit envoie le sang dans les poumons, où il se charge en oxygène. Le côté gauche l’envoie ensuite dans tout le reste du corps.
Chaque pompe a deux cavités. L’oreillette reçoit le sang qui arrive, et le ventricule le chasse. Quatre valves, qui ne s’ouvrent que dans un sens, empêchent le sang de refluer. Le modèle montre, très ralenti, un battement au repos, à 75 battements par minute. Il prend quelques libertés avec la réalité. Le sang pauvre en oxygène est représenté en bleu, comme dans la plupart des livres d’anatomie, mais en réalité il est rouge foncé. Les oreillettes se trouvent plutôt derrière les ventricules qu’au-dessus. Et les vaisseaux s’arrêtent à un travers de main du cœur. Faites glisser la barre du temps pour parcourir le battement. Faites glisser le modèle pour le tourner.
On entend souvent dire que le cœur ne se repose jamais. En fait, il se repose à chaque battement. Au repos, les ventricules ne passent qu’environ deux cinquièmes de chaque battement à se contracter. Pendant les trois cinquièmes restants, le muscle se relâche et le cœur se remplit à nouveau. Cette phase de relâchement s’appelle la diastole, et la contraction, la systole. Il n’y a pas non plus de pouls normal valable pour tout le monde. Dans cette même étude, le pouls au repos allait d’environ 40 à plus de 100. D’une personne en bonne santé à l’autre, l’écart pouvait atteindre 70 battements par minute.
02
Quatre cavités, deux pressions
Le modèle est maintenant coupé en deux et vu de face. C’est la vue des manuels, qui montre les quatre cavités d’un seul coup d’œil. Le cœur vous fait face : son côté droit est donc à votre gauche. Le sang qui a cédé son oxygène revient du corps par deux grosses veines, les veines caves. Elles se jettent dans l’oreillette droite. De là, le sang passe dans le ventricule droit, qui le pousse vers les poumons, tout proches. Il faut peu de force pour cela : sa pression culmine à environ 25 mmHg.
Le sang revient des poumons chargé d’oxygène, par quatre veines pulmonaires qui débouchent dans l’oreillette gauche. De là, il passe dans le ventricule gauche, la cavité la plus puissante. Celle-ci doit envoyer le sang dans tout le corps, du cerveau jusqu’aux orteils. Sa pression monte jusqu’à environ 120 mmHg, soit à peu près cinq fois celle du côté droit. Sa paroi est donc environ trois fois plus épaisse que celle du ventricule droit, en général de 6 à 9 mm. La différence se voit bien sur la coupe.
Une paroi musculaire, le septum, sépare les deux côtés : le sang riche et le sang pauvre en oxygène ne se mélangent pas. Les deux ventricules éjectent le même volume, environ 70 mL par battement chez un adulte type. Si l’un des côtés pompait ne serait-ce qu’un peu plus pendant longtemps, le sang s’accumulerait en amont de l’autre. L’essentiel du remplissage se fait tout seul : le sang traverse les oreillettes et coule dans les ventricules relâchés. À la fin, les oreillettes se contractent et ajoutent un petit complément, jusqu’à environ un cinquième au repos, et davantage quand le cœur bat vite. Choisissez une cavité pour voir d’où vient son sang et où il va.
Comment chaque côté sait-il quelle quantité de sang pomper ? Rien ne le lui dicte. Le muscle cardiaque suit une règle simple, la loi de Frank-Starling : plus un ventricule se remplit, plus il se contracte fort. Le sang supplémentaire étire les cellules musculaires. Étirées, elles développent plus de force, et le ventricule expulse ce surplus. Ce qui entre ressort donc, battement après battement. Cette règle est inscrite dans le muscle lui-même. Les sportifs d’endurance en profitent bien plus que les personnes non entraînées : leur cœur se remplit davantage, donc il pompe davantage.
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Quatre portes à sens unique
Entre chaque oreillette et son ventricule se trouve une valve faite de fines membranes, les feuillets. À droite, c’est la valve tricuspide, avec trois feuillets. À gauche, c’est la valve mitrale, avec deux. Quand le ventricule se contracte, la pression qui monte referme les feuillets. De fins cordons, les cordages tendineux, relient leurs bords à de petits muscles de la paroi du ventricule, les muscles papillaires. Ces muscles se tendent pendant la contraction. Ainsi, les feuillets ne peuvent pas se retourner dans l’oreillette comme un parapluie par grand vent.
Les valves de sortie sont d’un autre type. La valve pulmonaire ouvre la voie des poumons, la valve aortique celle du corps. Chacune a trois valvules en forme de petites poches, dites « en nid de pigeon ». Quand le sang jaillit, les poches se plaquent contre la paroi. Quand le ventricule se relâche et que le sang commence à refluer, il remplit les poches. Elles se referment d’un coup et se rejoignent au centre. Le modèle montre les quatre valves dans une seule coupe, pour plus de clarté. Dans un vrai cœur, la valve pulmonaire est située plus haut et plus en avant.
Aucune valve n’a de muscle propre. Chacune s’ouvre quand la pression est plus forte derrière elle que devant, et se ferme quand c’est l’inverse. En claquant, les valves produisent les bruits du cœur, le « toum-ta » que le médecin entend au stéthoscope. Toum, le premier bruit, c’est la fermeture des valves mitrale et tricuspide, au début de la contraction. Ta, le deuxième, c’est la fermeture des valves aortique et pulmonaire, à la fin. Ces bruits viennent donc des valves, pas du muscle. Touchez une valve : la caméra la suit pendant tout le battement.
En réalité, chaque bruit est double. La valve mitrale se ferme une fraction de seconde avant la tricuspide, un écart trop bref pour être perçu au stéthoscope. Choisissez-les l’une après l’autre pour voir l’écart dans le modèle. La valve aortique, elle aussi, se ferme juste avant la valve pulmonaire. Cet écart, appelé dédoublement du deuxième bruit, varie avec la respiration, et même selon votre position. Un cœur d’adulte en bonne santé ne produit que ces deux bruits. Un troisième bruit est normal chez l’enfant. Chez l’adulte, c’est souvent le signe d’une maladie.
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Un battement, étape par étape
Le graphique suit le côté gauche pendant un battement. Au départ, le ventricule est relâché et déjà bien rempli. Les oreillettes se contractent et finissent de le remplir, jusqu’à environ 120 mL. Puis le ventricule commence à se contracter. La valve mitrale se ferme, et pendant un instant les quatre valves sont closes. Le sang ne peut aller nulle part : le volume ne change pas, mais la pression grimpe d’environ 10 à environ 80 mmHg. Cette phase porte un nom savant, la contraction isovolumétrique : une contraction à volume constant.
Vers 80 mmHg, la pression du ventricule dépasse celle de l’aorte, et la valve aortique s’ouvre. Le sang jaillit dans l’aorte à une vitesse qui peut atteindre environ 1 m/s, et la pression culmine vers 120 mmHg. En un quart de seconde à peu près, le ventricule chasse environ 70 mL, et une cinquantaine de millilitres restent à l’intérieur. Chaque battement ne vide donc qu’un peu plus de la moitié du ventricule, environ 55 à 65 %. Cette part s’appelle la fraction d’éjection. Ces courbes sont des tracés types de manuel, pas les mesures d’une personne réelle. En pratique, les volumes mesurés sont souvent plus élevés.
Quand la contraction faiblit, le sang commence à refluer et la valve aortique claque. C’est elle qui creuse la petite encoche de la courbe aortique. Les quatre valves sont de nouveau fermées, et la pression chute pendant 0,07 s au plus. Dès qu’elle passe sous celle de l’oreillette, la valve mitrale s’ouvre et le sang afflue, d’abord vite, puis lentement. L’aorte est élastique : elle se dilate à chaque poussée et se resserre entre deux. Sa pression ne descend donc qu’à environ 80. Ce maximum et ce minimum forment la tension artérielle dans l’aorte : 120 sur 80, ou « 12/8 », comme on dit couramment.
Le muscle cardiaque a son propre réseau sanguin : les artères coronaires, qui courent à sa surface. Mais un muscle qui se contracte comprime ses propres vaisseaux. L’essentiel de ce sang circule donc entre les battements, quand le muscle se relâche. Or, quand le cœur accélère, c’est surtout la phase de relâchement qui raccourcit. À 75 battements par minute, le cœur reste relâché environ 33 secondes par minute. À 150, il n’en a plus qu’environ 22. Doubler le rythme réduit donc d’environ un tiers le temps dont le cœur dispose pour se nourrir. C’est surtout important quand les artères coronaires sont rétrécies.
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Une étincelle venue de l’intérieur
Chaque battement naît dans le cœur lui-même, pas dans le cerveau. En haut de la paroi de l’oreillette droite se trouve un petit amas de cellules spécialisées, le nœud sinusal. Livré à lui-même, il déclencherait environ 100 battements par minute. Mais le nerf vague le freine en permanence et, au repos, le ramène entre 60 et 80 battements par minute. Les nerfs et les hormones comme l’adrénaline ne font qu’accélérer ou ralentir ce rythme. Même la respiration s’en mêle. Chaque inspiration desserre un instant le frein du nerf vague. Si vous êtes en bonne santé, votre pouls s’accélère donc un peu à chaque inspiration et ralentit à chaque expiration.
Chaque fois que le nœud émet une impulsion, une onde électrique parcourt les deux oreillettes en environ 90 ms, et elles se contractent. Sur le tracé, c’est la petite bosse appelée onde P. Puis l’onde rencontre un anneau de tissu fibreux qu’elle ne peut pas traverser, sauf par une seule porte : le nœud AV, pour nœud auriculo-ventriculaire. C’est la partie la plus lente du circuit, où le signal n’avance qu’à environ 0,05 m/s. Il retient le signal environ un dixième de seconde. Ainsi, les oreillettes finissent de se vider avant que les ventricules ne se contractent.
Après le nœud, le signal descend par le faisceau de His et ses deux branches, une de chaque côté du septum, à environ 2 m/s. Un fin réseau, les fibres de Purkinje, le diffuse ensuite sur la face interne des parois à environ 4 m/s, environ 80 fois plus vite que dans le nœud. Toute la paroi des ventricules est activée en moins d’un dixième de seconde : c’est le grand pic du tracé, appelé complexe QRS. Puis les parois reviennent au repos, et cela se voit sur le tracé : c’est l’onde T. Choisissez une onde pour aller au moment correspondant.
Un cœur greffé montre à quel point le cœur fonctionne de lui-même. Il arrive sans aucune connexion nerveuse, et pourtant il bat. Sans nerf vague pour le freiner, il bat plus vite que la normale au repos. À l’effort, il accélère quand même, mais plus lentement, à mesure que l’adrénaline et des hormones apparentées lui parviennent par le sang. Chez 40 à 70 % des patients, certains nerfs repoussent, des mois ou des années plus tard. Le cœur a aussi des stimulateurs de secours. Si le nœud sinusal tombe en panne, le nœud AV prend le relais, à un rythme d’environ 40 à 60 battements par minute.
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Deux circuits, et ce que change la course
Suivez une goutte de sang. Le ventricule droit l’envoie par les artères pulmonaires dans les poumons, où elle se charge en oxygène. Par les veines pulmonaires, elle rejoint le côté gauche, qui la renvoie vers le corps par l’aorte. Puis elle regagne le côté droit par les veines caves. Il y a donc deux circuits qui se suivent, la petite et la grande circulation, et le cœur fait tourner les deux à la fois. Une artère, c’est un vaisseau qui éloigne le sang du cœur, que ce sang soit riche en oxygène ou non : les artères pulmonaires transportent du sang pauvre en oxygène. Au repos, une goutte met en moyenne environ une minute à faire le tour.
Poussez maintenant le curseur de l’effort. Chez un adulte de 25 ans, le rythme passe d’environ 75 à près de 190 battements par minute, et chaque battement chasse davantage de sang. Le rythme multiplié par le volume de chaque battement donne le débit cardiaque, le volume de sang pompé chaque minute. Il passe d’environ 5 litres au repos à environ 20 lors d’un effort intense. La contraction raccourcit un peu, mais le temps de remplissage fond bien plus. Quand le rythme double, la contraction perd moins d’un tiers de sa durée, et le remplissage environ les deux tiers. Regardez la partie bleue du graphique rétrécir.
Tout ce travail a un coût. Le cœur se nourrit par ses artères coronaires : environ 250 mL de sang par minute au repos, soit environ 5 % de ce qu’il pompe. Il consomme environ un dixième de l’oxygène utilisé par votre corps. Sa puissance de pompage reste pourtant modeste : environ 1 W pour le côté gauche. Au cours d’une vie, il bat environ 3 milliards de fois. C’est beaucoup pour un mammifère. Toutes espèces confondues, une vie de mammifère compte en gros un milliard de battements, à un facteur dix près. Le cœur d’une baleine bleue en plongée ne bat que 2 à 8 fois par minute.
L’entraînement d’endurance transforme le cœur. Le ventricule gauche devient plus spacieux, environ 55 mm de large chez les athlètes masculins contre environ 48 mm chez les personnes non entraînées, et sa paroi s’épaissit légèrement. Ce cœur d’athlète est une adaptation saine. Chaque battement déplace plus de sang, et le rythme au repos descend vers 50, voire près de 30 chez les cyclistes d’élite. À fond, ce cœur peut pomper environ 28 litres par minute. Les records sont d’environ 42 litres par minute et 210 mL en un seul battement. Pourtant, son rythme maximal n’est pas plus élevé que celui des autres. Et « 220 moins votre âge » n’est qu’une estimation grossière, à environ 10 battements près dans un sens comme dans l’autre. Choisissez le sportif d’endurance pour comparer.