Systèmes circulatoires et le cœur

Comment les animaux font circuler le sang ou l'hémolymphe dans leur corps, et comment les cœurs génèrent la pression et le débit qui permettent d'adapter l'apport aux besoins des tissus.

Definition

Un système circulatoire est l'agencement d'une pompe, d'un fluide et de vaisseaux qui transportent les gaz, les nutriments, les déchets, les hormones et la chaleur à travers le corps d'un animal, et le cœur est la pompe musculaire dont la contraction rythmique génère la pression qui propulse ce flux.

Scope

Ce sujet couvre la physiologie comparative du transport interne : les systèmes circulatoires ouverts et fermés, les circuits simples et doubles, la structure et l'activité électrique des cœurs de vertébrés et d'invertébrés, le cycle cardiaque, ainsi que la régulation du débit cardiaque et de la pression artérielle. Il aborde la manière dont la résistance et la capacitance des vaisseaux distribuent le flux et comment la circulation est adaptée à la taille corporelle, à l'activité et à la stratégie respiratoire. La couverture est comparative et mécanistique plutôt que clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui distingue les systèmes circulatoires ouverts des systèmes fermés, et quels sont leurs compromis ?
• Comment le battement cardiaque prend-il naissance et se propage-t-il, et comment le cycle cardiaque est-il organisé ?
• Comment le débit cardiaque est-il régulé pour s'adapter aux besoins changeants du corps ?
• Pourquoi la double circulation a-t-elle évolué chez les oiseaux et les mammifères, et quel avantage confère-t-elle ?

Key theories

Frank–Starling relationship

La force de contraction cardiaque augmente avec le degré de remplissage du cœur, de sorte que, dans certaines limites, le cœur pompe automatiquement le volume de sang qui lui est retourné, adaptant ainsi le débit au retour veineux.

Myogenic origin of the heartbeat

Dans les cœurs de vertébrés, le rythme prend naissance au sein de cellules musculaires pacemaker spécialisées plutôt que par les nerfs, et l'impulsion se propage à travers le muscle cardiaque pour coordonner la contraction, les apports nerveux et hormonaux modulant la fréquence et la force.

Mechanisms

Les systèmes fermés confinent le sang dans des vaisseaux et peuvent maintenir des pressions élevées ainsi qu'un contrôle précis de la distribution, tandis que les systèmes ouverts baignent les tissus dans l'hémolymphe à une pression plus basse. Les cœurs de vertébrés battent de manière myogénique : les cellules pacemaker se dépolarisent spontanément et l'impulsion se propage à travers le tissu conducteur et le muscle, produisant le cycle cardiaque coordonné de remplissage et d'éjection. Le volume d'éjection systolique est déterminé par le remplissage (le mécanisme de Frank–Starling) et la contractilité, et la fréquence cardiaque par l'apport autonome et hormonal, de sorte que le débit cardiaque est égal à leur produit. Les artères, artérioles, capillaires et veines diffèrent en termes de résistance et de compliance pour réguler la pression et distribuer le flux, et le circuit simple des poissons, les cœurs intermédiaires des amphibiens et des reptiles, ainsi que la double circulation entièrement divisée des oiseaux et des mammifères représentent des solutions successives adaptées aux échanges gazeux et à la demande métabolique.

Clinical relevance

La physiologie cardiaque comparative, y compris l'extrême bradycardie des animaux plongeurs et les débits élevés des petits endothermes, éclaire les principes sous-jacents à la performance cardiovasculaire et à sa régulation. Cette entrée est un matériel de référence éducatif et non un avis médical.

History

La démonstration de la circulation sanguine par William Harvey en 1628 a fondé la physiologie cardiovasculaire, et Frank et Starling ont ensuite établi la base longueur-tension du débit cardiaque. La physiologie comparative a étendu ces principes à travers la diversité des cœurs et des circuits animaux, reliant la conception circulatoire à la taille corporelle, au mode de vie et à la stratégie respiratoire.

Key figures

• William Harvey
• Otto Frank
• Ernest Starling
• Knut Schmidt-Nielsen

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la circulation ouverte et la circulation fermée ?

Dans les systèmes fermés, le sang reste dans les vaisseaux et y retourne au cœur ; dans les systèmes ouverts, la pompe vide l'hémolymphe dans des espaces corporels qui baignent directement les tissus avant qu'elle ne retourne.

Qu'est-ce que le mécanisme de Frank–Starling ?

C'est la tendance du cœur à se contracter plus fortement lorsqu'il est davantage rempli, de sorte qu'il pompe approximativement la même quantité de sang qu'il reçoit sans nécessiter de contrôle externe.