Karamö, le prof virtuelLeçon 22 sur 29
L'activité cardiaque et la circulation sanguine
Je sais décrire le fonctionnement du cœur au cours d'un cycle cardiaque, expliquer son automatisme, calculer un débit cardiaque et relier l'activité du cœur à la circulation du sang dans les vaisseaux.
- 55 min
- 6 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire les trois phases du cycle cardiaque et le rôle des valvules
- Expliquer l'automatisme cardiaque et le rôle du tissu nodal
- Calculer la fréquence cardiaque, la durée d'un cycle et le débit cardiaque
- Expliquer comment le sang circule dans les artères, les capillaires et les veines, et comment l'activité cardiaque s'adapte à l'effort
Avant de commencer : Le transport des gaz respiratoires par le sang et les notions de 7e et 8e sur le cœur (organe à quatre cavités qui propulse le sang).
1Je découvre
Au centre de santé de Kissidougou, l'infirmière prend le pouls d'Ousmane, 15 ans, venu pour une visite médicale avant le championnat de football. Elle pose deux doigts sur son poignet, regarde sa montre pendant 15 secondes, compte 18 battements et note : « 72 par minute. » Puis elle serre un brassard autour de son bras et annonce : « Tension 12/7, c'est très bien. »
Ousmane, curieux, lui demande : « Comment mon cœur sait-il qu'il doit battre, même quand je dors ? Et pourquoi sent-on le cœur au poignet, alors qu'il est dans la poitrine ? » L'infirmière sourit : « Ton cœur est une pompe qui ne s'arrête jamais. Il bat plus de 100 000 fois par jour. »
Ousmane fait le calcul : 72 × 60 × 24 = 103 680. C'est bien plus de 100 000.
Comment le cœur fonctionne-t-il, qu'est-ce qui le fait battre, et comment fait-il circuler le sang dans tout le corps ?
2Je comprends
1. Le cœur, une pompe musculaire
Le cœur est un muscle creux, de la taille d'un poing fermé, situé dans le thorax entre les deux poumons. Sa paroi est un muscle particulier, le myocarde. Il comprend quatre cavités : deux oreillettes en haut, deux ventricules en bas. Une cloison étanche sépare le cœur droit du cœur gauche : le sang des deux côtés ne se mélange jamais.
Entre chaque oreillette et le ventricule situé en dessous se trouve une valvule auriculo-ventriculaire. À la sortie de chaque ventricule, à la base de l'artère, se trouvent les valvules sigmoïdes. Les valvules sont des clapets : elles ne s'ouvrent que dans un sens et empêchent le sang de refluer. Le sang circule donc toujours des oreillettes vers les ventricules, puis des ventricules vers les artères.
2. Le cycle cardiaque
Un battement de cœur correspond à un cycle cardiaque. Chaque cycle comprend des phases de contraction (systole) et de relâchement (diastole). Pour un cœur qui bat 75 fois par minute, un cycle dure 60 ÷ 75 = 0,8 s et se décompose ainsi :
| Phase | Durée | Ce qui se passe | Valvules |
|---|---|---|---|
| Systole auriculaire | 0,1 s | Les oreillettes se contractent et achèvent de remplir les ventricules | Auriculo-ventriculaires ouvertes, sigmoïdes fermées |
| Systole ventriculaire | 0,3 s | Les ventricules se contractent et chassent le sang dans les artères | Auriculo-ventriculaires fermées, sigmoïdes ouvertes |
| Diastole générale | 0,4 s | Tout le cœur est relâché ; le sang des veines remplit oreillettes et ventricules | Auriculo-ventriculaires ouvertes, sigmoïdes fermées |
On remarque que le cœur se repose pendant la moitié du cycle (0,4 s sur 0,8 s) : c'est ce qui lui permet de travailler toute la vie sans se fatiguer.
Les bruits du cœur. Avec un stéthoscope, on entend deux bruits à chaque cycle, « toum-ta » :
- le premier bruit, sourd, correspond à la fermeture des valvules auriculo-ventriculaires, au début de la systole ventriculaire ;
- le second bruit, plus sec, correspond à la fermeture des valvules sigmoïdes, au début de la diastole.
3. L'automatisme cardiaque
Un cœur de grenouille retiré du corps et placé dans un liquide physiologique continue à battre pendant des heures. Un cœur greffé, dont tous les nerfs ont été coupés, bat aussi. Le cœur possède donc son propre « moteur » : on parle d'automatisme cardiaque.
Cet automatisme est dû au tissu nodal, un ensemble de cellules musculaires particulières qui produisent et conduisent des signaux électriques :
- le nœud sinusal, dans la paroi de l'oreillette droite, émet régulièrement une impulsion : c'est le pacemaker (le « donneur de rythme ») ;
- l'impulsion fait contracter les oreillettes, puis atteint le nœud auriculo-ventriculaire ;
- elle est conduite par le faisceau de His et le réseau de Purkinje dans la paroi des ventricules, qui se contractent à leur tour.
- 1Nœud sinusal (oreillette droite) : il émet une impulsion électrique régulière.
- 2Oreillettes : l'impulsion les parcourt, elles se contractent.
- 3Nœud auriculo-ventriculaire : l'impulsion marque un court temps d'arrêt.
- 4Faisceau de His et réseau de Purkinje : l'impulsion descend dans la paroi des ventricules.
- 5Ventricules : ils se contractent de la pointe vers la base et chassent le sang.
La régulation. Le cœur bat seul, mais son rythme est modifié selon les besoins :
- les nerfs cardio-modérateurs (nerfs pneumogastriques ou nerfs X) ralentissent le cœur ;
- les nerfs cardio-accélérateurs (système sympathique) l'accélèrent ;
- l'adrénaline, hormone libérée lors de la peur, de la colère ou de l'effort, l'accélère aussi.
4. Mesurer l'activité cardiaque
La fréquence cardiaque (FC) est le nombre de battements par minute. Chez l'adulte au repos, elle est d'environ 60 à 80 ; elle est plus élevée chez le nourrisson et l'enfant, et augmente pendant l'effort, la fièvre ou l'émotion.
Le pouls est le choc de l'onde de sang envoyée à chaque systole ventriculaire, que l'on sent sur une artère proche de la peau et appuyée sur un os : au poignet (artère radiale) ou au cou (artère carotide). La fréquence du pouls est égale à la fréquence cardiaque.
Le débit cardiaque (Q) est le volume de sang envoyé par un ventricule en une minute :
Q = VES × FC
où le volume d'éjection systolique (VES) est le volume de sang chassé par un ventricule à chaque battement (environ 70 mL au repos chez l'adulte).
Exemple
Ousmane a un pouls de 72 battements par minute et un volume d'éjection systolique de 70 mL.
Durée d'un cycle : 60 ÷ 72 ≈ 0,83 s.
Débit cardiaque : Q = 70 × 72 = 5 040 mL/min, soit environ 5 L/min.
Un adulte possède environ 5 L de sang : au repos, tout le sang passe donc par le cœur en une minute environ.
Pendant un match, sa fréquence monte à 180 et son VES à 100 mL : Q = 100 × 180 = 18 000 mL/min = 18 L/min, soit 18 000 ÷ 5 040 ≈ 3,6 fois plus qu'au repos.
Méthode
Pour calculer à partir d'une mesure du pouls :
- Si le pouls est compté pendant une durée t (en secondes), FC = nombre de battements × 60 ÷ t.
- Durée d'un cycle (en s) = 60 ÷ FC.
- Débit cardiaque = VES × FC (convertir les mL en L en divisant par 1 000).
- Comparer les situations par une différence ou un rapport, puis expliquer avec les besoins des muscles.
5. La circulation du sang dans les vaisseaux
Les idées sur le sang ont longtemps été fausses. Au XVIIe siècle, le médecin anglais William Harvey montra, par des observations et des calculs, que le sang circule en circuit fermé et revient toujours au cœur (publication en 1628).
Le sang circule dans trois sortes de vaisseaux :
| Vaisseau | Sens du sang | Paroi | Pression | Rôle |
|---|---|---|---|---|
| Artères | Du cœur vers les organes | Épaisse, élastique et musclée | Forte, par saccades | Distribuer le sang |
| Capillaires | Dans les organes | Très fine (une seule couche de cellules) | Faible | Échanges avec les cellules |
| Veines | Des organes vers le cœur | Mince, avec des valvules | Très faible | Ramener le sang au cœur |
- Dans les artères, la pression est forte. L'élasticité de leur paroi transforme le jet saccadé du cœur en un écoulement continu. La pression artérielle (ou tension) se mesure avec un brassard : environ 12/8 (en centimètres de mercure) chez l'adulte en bonne santé. Le premier chiffre correspond à la systole, le second à la diastole. Une pression durablement supérieure à environ 14/9 est une hypertension.
- Dans les capillaires, le sang circule lentement : il a le temps d'échanger nutriments, dioxygène, dioxyde de carbone et déchets avec les cellules.
- Dans les veines, la pression est trop faible pour faire remonter le sang des jambes. Deux aides : les valvules veineuses, qui empêchent le retour en arrière, et la contraction des muscles voisins, qui presse les veines (d'où l'intérêt de marcher).
6. Le cœur s'adapte à l'effort
Pendant un effort, les muscles consomment beaucoup plus de dioxygène et de glucose. Le système nerveux et l'adrénaline augmentent la fréquence cardiaque et le volume d'éjection : le débit cardiaque augmente. En même temps, les artères des muscles se dilatent et celles de l'intestin se resserrent : le sang est dirigé en priorité vers les muscles actifs. Chez un sportif entraîné, le cœur devient plus puissant : il éjecte plus de sang à chaque battement, donc bat plus lentement au repos.
3Je retiens
Je retiens
Le cœur est un muscle creux à quatre cavités ; les valvules imposent au sang un seul sens de circulation.
Cycle cardiaque (0,8 s à 75 battements par minute) : systole auriculaire 0,1 s, systole ventriculaire 0,3 s, diastole générale 0,4 s.
Automatisme cardiaque : le tissu nodal (nœud sinusal, nœud auriculo-ventriculaire, faisceau de His) fait battre le cœur seul ; les nerfs et l'adrénaline modifient son rythme.
Fréquence au repos chez l'adulte : 60 à 80 battements par minute ; le pouls a la même fréquence.
Débit cardiaque : Q = VES × FC (environ 5 L/min au repos).
Artères : du cœur vers les organes, forte pression ; capillaires : échanges ; veines : retour au cœur, valvules.
Pression artérielle normale : environ 12/8.
4Erreurs fréquentes
- Croire que le cœur bat parce que le cerveau le commande : le cœur a son propre automatisme ; les nerfs ne font que modifier sa fréquence.
- Confondre systole (contraction) et diastole (relâchement).
- Dire que les artères transportent toujours du sang riche en dioxygène : une artère se définit par le sens du sang (du cœur vers un organe) ; l'artère pulmonaire transporte du sang pauvre en dioxygène.
- Oublier de ramener le pouls à une minute : 18 battements en 15 s donnent 18 × 4 = 72 battements par minute.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Définis : systole ; diastole ; automatisme cardiaque ; pouls.
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- Systole : contraction d'une partie du cœur (oreillettes ou ventricules).
- Diastole : relâchement du muscle cardiaque, pendant lequel les cavités se remplissent.
- Automatisme cardiaque : propriété du cœur de battre seul, grâce à son tissu nodal, même isolé du corps.
- Pouls : choc de l'onde de sang envoyée par chaque systole ventriculaire, perçu sur une artère superficielle (poignet, cou).
2Exercice 2
Une infirmière compte 21 battements en 15 secondes au poignet d'une personne au repos.
a) Calcule sa fréquence cardiaque.
b) Calcule la durée d'un cycle cardiaque (au centième de seconde).
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a) FC = 21 × 60 ÷ 15 = 21 × 4 = 84 battements par minute.
b) Durée d'un cycle = 60 ÷ 84 ≈ 0,71 s.
3Exercice 3
Recopie et complète : Pendant la systole ventriculaire, les valvules ……… sont fermées et les valvules ……… sont ouvertes ; le sang passe des ……… dans les ……… .
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Pendant la systole ventriculaire, les valvules auriculo-ventriculaires sont fermées et les valvules sigmoïdes sont ouvertes ; le sang passe des ventricules dans les artères.
4Exercice 4
Compare les artères et les veines (sens du sang, paroi, pression, présence de valvules) dans un tableau.
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| Artères | Veines | |
|---|---|---|
| Sens du sang | Du cœur vers les organes | Des organes vers le cœur |
| Paroi | Épaisse, élastique | Mince, souple |
| Pression | Forte, par saccades | Très faible |
| Valvules | Seulement à la sortie du cœur (sigmoïdes) | Nombreuses valvules veineuses |
5Exercice 5
(Type BEPC) On mesure chez un élève :
au repos : FC = 70 battements par minute, VES = 75 mL ;
pendant une course : FC = 160 battements par minute, VES = 110 mL.
a) Calcule le débit cardiaque dans les deux situations (en L/min).
b) Par combien le débit est-il multiplié ?
c) Explique l'intérêt de cette augmentation pour les muscles.
d) Nomme deux facteurs qui provoquent l'accélération du cœur pendant la course.
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a) Repos : Q = 75 × 70 = 5 250 mL/min = 5,25 L/min. Course : Q = 110 × 160 = 17 600 mL/min = 17,6 L/min.
b) 17,6 ÷ 5,25 ≈ 3,4 : le débit est multiplié par environ 3,4.
c) Les muscles qui travaillent consomment beaucoup plus de dioxygène et de glucose et produisent plus de dioxyde de carbone. Un débit plus fort leur apporte plus de sang, donc plus de dioxygène et de nutriments, et évacue plus vite leurs déchets.
d) L'action des nerfs cardio-accélérateurs et la libération d'adrénaline.
6Exercice 6
Un cœur de grenouille isolé, placé dans un liquide physiologique, continue de battre. Si on ajoute quelques gouttes d'adrénaline dans le liquide, ses battements s'accélèrent. Que montrent ces deux observations ?
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La première observation montre que le cœur possède un automatisme : il bat sans être relié au système nerveux ni au reste du corps. La seconde montre que son rythme peut être modifié par une substance chimique, l'adrénaline, qui l'accélère : le cœur bat seul, mais sa fréquence est réglée par l'organisme.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
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