1. La pré-charge : la courbe tension-longueur

Modèle très simple : un muscle isolé est suspendu à un support. On mesure la longueur initiale du muscle et la tension. A l'aide d'une électrode, on stimule la contraction du muscle et on établit la courbe tension-longueur.

- Schéma 1 -

Précharge : courbe tension-longueur

Au repos, on observe la courbe de tension passive. La tension augmente en l'absence de stimulation quand on étire le muscle.

Après la stimulation, on a la courbe de tension active qui est supérieure à la tension passive. La tension active développée par un muscle est d'autant plus grande que l'étirement du muscle initial est grand. On appelle la valeur maximale pour la tension active, Lmax. Après cette valeur, la tension active diminue : on endommage les fibres musculaires.

Loi de Franck et Starling: la tension développée pendant une contraction isométrique est d'autant plus importante que l'étirement initial est grand. L'étirement initial est représenté par la pré-charge.

2. La post-charge : la relation force-vitesse

A l'état de repos, le muscle ne sent pas la post-charge. Il ne la perçoit que si il se contracte : il va devoir soulever la pré-charge ainsi que la post-charge.

On envoie une stimulation électrique pour provoquer une contraction.

Pendant un premier temps qui est le temps de latence, le muscle ne se raccourcit pas mais se contracte : développe une certaine tension : c'est la contraction isométrique. La tension développée devient suffisante pour soulever la pré-charge et la post-charge. La tension ne varie pas mais le muscle se raccourcit : démarrage rapide puis ralentissement. C'est la contraction isotonique. Après, il y a la phase de relaxation. Le poids (pré-charge et post-charge) prend le dessus, il y a un réallongement du système mais à tension constante, c'est la relaxation isotonique. Puis le dispositif étant revenu au niveau de butée, on observe la phase de relaxation isométrique.

La vitesse maximale de raccourcissement est atteinte peu de temps après le début de la contraction isotonique.

2.1. En fonction de la post-charge

On mesure la vitesse de raccourcissement en fonction de la valeur du poids de la post-charge. Plus la post-charge augmente, plus la vitesse de raccourcissement diminue.

On définit deux points importants :

• P₀ : valeur de post-charge où la vitesse de raccourcissement est nulle. Le muscle ne peut plus se raccourcir : contraction isométrique.
• Vitesse maximale de raccourcissement (point virtuel) : vitesse à post-charge nulle.

2.2. En fonction de la pré-charge

Quand on augmente la pré-charge, la vitesse maximale de raccourcissement ne change pas (mais la vitesse de raccourcissement augmente).

Pour une post-charge donnée, si on augmente la pré-charge, on augmente P₀ sans augmenter la vitesse maximale de raccourcissement.

2.3. En fonction de la contractilité

La force intrinsèque d'un muscle est sa contractilité, sa force propre.

Si on augmente la contractilité (par des médicaments comme des inotropes positifs), on obtient une courbe parallèle. On augmente P₀ et la vitesse maximale de raccourcissement, on déplace la courbe vers la droite.

Les amplitudes de la vitesse de contraction sont influencées positivement par la pré-charge et négativement par la post-charge.

3. Nature des déterminants

3.1. La fréquence cardiaque

C'est le nombre de battements par minute.

3.2. La pré-charge

C'est la pression télé-diastolique du ventricule gauche (ou droit), c'est-à-dire la pression qui règne en fin de diastole dans le ventricule gauche, juste avant la fermeture de la valve mitrale et le début de la contraction iso-volumétrique.

Elle détermine l'étirement des fibres musculaires. Elle est déterminée par le remplissage du ventricule gauche (d'abord passif puis actif) :

• 1. retour veineux : sang qui revient en permanence dans le ventricule gauche par l'oreillette gauche. Il est fonction du volume de sang : plus le volume est important, plus on étire les fibres musculaires avant la contraction.
  • 1.1. distribution intra ou extra-thoracique du volume sanguin : quantité de sang en fonction de la position de l'individu et de la respiration.
    • 1.1.1. position debout / couchée : lors de la position debout, le sang ne revient pas facilement dans le thorax. Lors de la position allongée, le retour veineux est facilité.
    • 1.1.2. respiration : quand on inspire, on crée une dépression dans la cage thoracique qui aspire le sang dans le thorax : facilite le retour veineux. Alors que l'expiration gêne le retour veineux.
  • 1.2. tonus veineux : tonicité des parois des veines. Plus il est important, plus les veines chassent le sang en direction du coeur. Si il est faible, le sang stagne en périphérie.
  • 1.3. pression intra-péricardique : le péricarde est un sac qui enveloppe le coeur. Il limité légèrement, en diastole, l'extension du coeur. Il existe une pression très faible à l'état normal. Dans certaines péricardites, le péricarde peut gêner l'extension diastolique du coeur et diminue la pré-charge.
• 2. contraction auriculaire : pour finir le remplissage du ventricule gauche, entre 10-20% du volume total de remplissage. Dans certaines maladies (fibrillation auriculaire), elle disparaît. Quand le coeur est sain, il n'y a pas de problèmes. Si il y a une maladie cardiaque ou que le coeur est faible, cela peut être important.

3.3. La post-charge

C'est la force appliquée sur les parois du ventricule gauche après le début de la contraction. C'est la force d'opposition que le coeur sent après qu'il ait commencé sa contraction. L'ensemble des parois est soumis à une contrainte de tension pariétale (C) qui est la post-charge. C'est une force circonférentielle, perpendiculaire aux parois.

Loi de Laplace : C = P* (r/h)

• C varie pendant la phase de contraction car les facteurs varient :
  • La pression (P) varie dès le début de la contraction iso-volumétrqiue jusqu'à la fin de l'éjection.
  • Le rayon (r) diminue quand le coeur éjecte le sang.
• Epaisseur (h) : quand le muscle se contracte, il s'épaissit.

On extrapole la C à la pression d'opposition à l'éjection qui est la pression dans le ventricule gauche pendant la phase de contraction iso-volumétrique, la pression aortique pendant la phase d'éjection.

C'est la pression que va devoir affronter le ventricule gauche pour éjecter la quantité de sang qu'il doit éjecter. Le ventricule gauche a en face de lui une colonne de sang. Quand il se contracte à valves fermées, il emmagasine de la puissance. Quand les valves sont ouvertes, il doit pousser : contrainte qui s'exerce contre les parois.

C est fonction de

• Résistances vasculaires périphériques : le système artériel périphérique oppose une résistance propre à l'écoulement du sang.
• Caractéristique physique de l'arbre artériel : les vaisseaux ont une caractéristique physique d'élasticité, de vasomotrocité.
• Volume de sang contenu dans l'arbre artériel.

3.4. Contractilité

Elle se définit, par défaut, par ce qui rend compte des modifications de la force de contraction quand la fréquence cardiaque, la pré-charge, la post-charge sont constantes (neutralisées). C'est la qualité intrinsèque du muscle.

Sur le plan moléculaire, elle est fonction de :

• La disponibilité en Ca²⁺ au niveau des myofibrilles.
• La sensibilité au Ca²⁺ des myofibrilles.

L'activité du système sympathique cardiaque modifie la contractilité. La contractilité est aussi sous influence d'hormones : les catécholamines qui l'augmentent. La contractilité varie aussi avec la fréquence cardiaque.

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