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circulation sanguine

Appareil circulatoire
Appareil circulatoire

Mouvement du sang dans les différents vaisseaux sous l'impulsion de la pompe cardiaque.

ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE

Décrite pour la première fois par le médecin anglais William Harvey en 1628, la circulation sanguine fournit aux cellules de l'organisme, par l'intermédiaire du sang, l'oxygène et les substances dont elles ont besoin pour survivre et jouer leur rôle dans le fonctionnement des organes. Pour ce faire, le sang emprunte deux circuits : le premier, appelé circulation pulmonaire, ou petite circulation, lui permet de se réoxygéner au contact des alvéoles pulmonaires ; le second, appelé circulation systémique, ou grande circulation, irrigue les organes en sang réoxygéné. Tous les échanges gazeux entre sang et organes s'effectuent par l'intermédiaire des capillaires, ramifications terminales de très petite taille des vaisseaux sanguins.

La circulation sanguine activée par le cœur permet aux cellules de l'organisme d'assurer leur métabolisme et d'éliminer leurs déchets. La vie dépend de façon cruciale de la constance des contractions du cœur : un arrêt de trois minutes seulement entraîne des lésions irréversibles aboutissant à la mort cérébrale.

Pour les animaux et les plantes, voir circulation [biologie].

1. La circulation générale et la circulation pulmonaire

Chez l'homme, le sang parcourt un circuit fermé : il est éjecté du ventricule gauche du cœur dans l'aorte et dans ses branches de division, traverse les capillaires, il revient à l'oreillette droite par le système des deux veines caves. Ce circuit forme la grande circulation ou circulation générale (ou circulation systémique), qui pourvoit à l'apport sanguin de tous les tissus, et sur laquelle se greffe en parallèle la circulation propre à chaque organe. Parvenu dans le ventricule droit, le sang est propulsé dans l'artère pulmonaire, franchit les capillaires pulmonaires, où ont lieu les échanges gazeux, et, par les veines pulmonaires, retourne à l'oreillette gauche. C'est la petite circulation ou circulation pulmonaire, qui renouvelle les gaz du sang.

Le sang emprunte don deux circuits :

La circulation pulmonaire amène le sang veineux (sang pauvre en oxygène et riche en gaz carbonique) au contact des alvéoles pulmonaires pour le réoxygéner totalement et éliminer son gaz carbonique en excès.

Elle s'effectue par l'artère pulmonaire qui naît du ventricule droit et se subdivise en un grand nombre de branches, se ramifiant elles-mêmes en une multitude de capillaires. Après s'être réoxygéné, le sang regagne le cœur par des veinules, des veines puis de grosses veines pulmonaires (au nombre de quatre), qui débouchent dans l'oreillette gauche. La petite circulation fonctionne à basse pression, la pression maximale ne dépassant pas normalement 25 millimètres de mercure dans l'artère pulmonaire.

→ poumon.

La circulation générale (systémique) amène aux cellules le sang artériel, riche en oxygène et pauvre en gaz carbonique. Elle se fait par l'aorte, qui naît du ventricule gauche et donne elle-même naissance à un grand nombre de branches (artères, artérioles) qui irriguent l'ensemble de l'organisme. Une fois les échanges entre oxygène et gaz carbonique effectués dans les organes à travers les parois des capillaires, le sang regagne le cœur par l'intermédiaire de veinules, de veines puis de veines de gros calibre, qui débouchent, pour la moitié inférieure du corps, dans la veine cave inférieure, pour la moitié supérieure du corps, dans la veine cave supérieure ; les deux veines caves se jettent dans l'oreillette droite. La grande circulation est un système à haute pression, la pression maximale atteignant chez le sujet normal de 100 à 140 millimètres de mercure dans l'aorte et dans ses branches.

À côté de ce schéma de base, il faut mentionner quelques particularités. L'approvisionnement en éléments nutritifs est assuré par la circulation veineuse provenant de l’appareil digestif (absorption lors de la digestion) et du foie (réserve) ; la circulation pulmonaire assure l'approvisionnement en oxygène à partir de l'air des alvéoles pulmonaires (poumon, respiration). L'ensemble sera réparti dans les tissus par les artères de la grande circulation. La circulation pulmonaire assure en même temps l'élimination du gaz carbonique ramené des tissus au cœur par la circulation veineuse. Les autres déchets sont éliminés grâce aux circulations rénale (urine), digestive (bile) et cutanée (sueur).

2. L’appareil circulatoire

2.1. Le cœur

Le cœur humain est situé en position oblique dans le thorax, entre les deux poumons et en arrière du sternum. D'un poids moyen de 260 g, il est constitué d'une tunique musculaire, le myocarde, qui est l'élément contractile. Le myocarde est formé lui-même de trois couches : l'endocarde, une membrane très mince, continue, qui tapisse l'intérieur de la cavité cardiaque et de ses annexes ; l'épicarde à la périphérie du myocarde ; entre l'endocarde et l'épicarde enfin le myocarde proprement dit, qui constitue la plus grande partie du muscle cardiaque.

2.1.1. Cœur droit et cœur gauche

Anatomiquement et fonctionnellement, on distingue deux parties, que l'on appelle parfois cœur droit et cœur gauche, chaque ensemble contenant deux espaces distincts : les oreillettes (l'adjectif correspondant est auriculaire) dans la partie supérieure et les ventricules dans la partie inférieure. Si la paroi des oreillettes, qui fonctionnent comme des réservoirs, est fine, celle des ventricules, qui servent de pompes à sang, est plus épaisse ; en outre, la paroi du ventricule gauche est environ deux fois plus épaisse que celle du ventricule droit. L'épaisseur du muscle cardiaque, qui varie de 2 à 15 mm, est en rapport avec la pression maximale qui peut être développée dans chaque cavité.

2.1.2. Le débit cardiaque

C'est le volume de sang expulsé par chaque ventricule au cours de l'unité de temps (→ débit cardiaque). Deux facteurs le déterminent: le volume éjecté au cours de chaque contraction et la fréquence à laquelle le cœur se contracte. Dans les conditions de repos, le débit cardiaque est d'environ 5 l/min chez un adulte moyen, dont la fréquence cardiaque est de l'ordre de 70 contractions par minute. Le débit cardiaque s'adapte aux besoins de l'organisme : il augmente avec la chaleur, l'altitude, les émotions, l'absorption d'aliments ; mais c'est surtout l'exercice physique qui peut l'élever, essentiellement par une augmentation de la fréquence cardiaque.

2.2. Les vaisseaux sanguins

2.2.1. Les artères

Les artères ont une structure en trois tuniques :
— une tunique interne (intima) formée d'un tissu conjonctif  ;
— une tunique moyenne (média), la plus épaisse, qui comporte des fibres musculaires lisses et des fibres élastiques ;
— une couche périphérique (l'adventice), qui comprend un tissu fibreux et les vaisseaux nourriciers de l'artère.

Les fibres élastiques de la tunique moyenne sont en plus grande abondance dans les vaisseaux de gros calibre, alors que les fibres musculaires lisses sont plus importantes dans les petites artères. Les grosses artères sont donc très élastiques et peu contractiles, à l'inverse des petites, qui sont peu élastiques mais très contractiles.

Les artères sont recouvertes à leur face interne d'une mince couche cellulaire, l'endothélium.

2.2.2. Les veines

La structure des veines varie avec leur topographie. Certaines sont riches en tissu élastique alors que d'autres sont riches en tissu musculaire. La tunique interne des veines présente par endroits des valvules semi-lunaires qui dirigent le courant veineux.

2.2.3. Les capillaires

Les artères se ramifient en artérioles, lesquelles se subdivisent en une infinité de capillaires dont le diamètre est proche de celui d'un globule rouge (→ hématie). C'est à ce niveau que se font les échanges entre le sang et les tissus de la périphérie ou, dans la petite circulation, entre le sang et l'air des poumons à travers une paroi très mince. Les capillaires se groupent en veinules, elles-mêmes réunies en veines.

En dehors des échanges nutritifs qu'ils assurent, les capillaires sont le siège d'importants mouvements d'eau. Dans le segment artériel, la pression hydrostatique l'emporte sur la pression développée par les protéines plasmatiques, si bien que l'eau sort du capillaire (→ pression oncontique). Dans le segment veineux, la différence de pression s'inverse et l'eau rentre dans le capillaire. Les perturbations de ces mouvements d'eau entraînent l'apparition d'œdèmes.

3. Les régulations de la circulation sanguine

La régulation nerveuse de la circulation se fait essentiellement à deux niveaux : cardiaque et périphérique vasculaire. Outre le système nerveux, de nombreuses substances naturelles ont un rôle très important dans la régulation du système circulatoire.

3.1. La régulation nerveuse de la circulation

Au niveau cardiaque, l'automatisme des contractions est créé dans les cellules du nœud sinusal situé dans l'oreillette droite. Celui-ci reçoit néanmoins des informations des centres nerveux qui commandent le cœur par deux groupes de nerfs à actions opposées : les fibres qui modèrent et celles qui accélèrent la fréquence cardiaque.

Il existe aussi de nombreux arcs réflexes qui permettent de modifier l'automatisme cardiaque. Les actions des systèmes nerveux sympathique et parasympathique se font par l'intermédiaire des neuromédiateurs. Les principaux sont, pour le système parasympathique, l'acétylcholine, et pour le système sympathique, l'adrénaline et la noradrénaline. Ces substances produisent les mêmes effets que la stimulation, respectivement, du parasympathique ou du sympathique. Elles agissent sur les cellules par l'intermédiaire des récepteurs sur lesquels elles se fixent.

3.1.1. Les systèmes vasoconstricteur et vasodilatateur

La motricité des vaisseaux (→ vasomotricité) peut se modifier rapidement en cas de perturbations, temporaires ou non, d'un point quelconque du circuit. Il existe deux systèmes : vasoconstricteur et vasodilatateur. Le premier dépend des centres nerveux du bulbe rachidien, mais aussi de centres répartis à tous les niveaux du système nerveux ; il correspond en gros au système sympathique. Bien que l'action de ce dernier soit essentiellement vasoconstrictrice, il n'a pas d'effet sur les vaisseaux cérébraux ; au contraire, il dilate les vaisseaux coronaires.

Le système vasodilatateur a des centres dont la localisation est moins bien connue. Ses fibres passent à la fois dans les systèmes sympathique et parasympathique. Elles ont une origine bulbo-médullaire et se dirigent vers les organes dont l'activité est métabolique ou fonctionnelle.

L'innervation artérielle peut être mise en jeu directement par stimulation des centres nerveux (par exemple, une élévation de la température qui provoque une vasodilatation), mais c'est surtout par un mécanisme réflexe indirect que la motricité est mise en jeu. L'origine du réflexe est dans les zones aortique et carotidienne. Toute variation de pression à ce niveau entraîne une réaction compensatrice en sens opposé : s'il se produit, par exemple, une hypotension, une vasoconstriction périphérique sera déclenchée pour augmenter la pression artérielle.

Il existe aussi des récepteurs sensibles à la composition chimique du sang (chémorécepteurs) dans les zones aortique et carotidienne. Ces récepteurs sont sensibles aux variations de teneur en gaz carbonique et en oxygène.

3.2. La régulation hormonale de la circulation

Parmi les facteurs chimiques, le plus important est l'adrénaline , laquelle est sécrétée par la glande médullosurrénale . Les facteurs qui, comme la douleur ou l'émotion, stimulent la sécrétion d'adrénaline provoquent une vasoconstriction indépendante de l'intervention des nerfs vasomoteurs. Il existe d'autres substances naturellement produites par l'organisme qui ont une action vasoconstrictrice, par exemple l'angiotensine.

À l'inverse, certaines substances provoquent une vasodilatation. Il en est ainsi de l'acétylcholine, mais aussi de certaines substances qui miment l'action du système sympathique. Ces substances similaires à la noradrénaline provoquent une vasoconstriction. Le mécanisme passe par une action sur des récepteurs vasoconstricteurs appelés récepteurs α. Mais ces substances agissent aussi sur des récepteurs vasodilatateurs appelés récepteurs β. Ainsi, l'effet des divers sympathomimétiques différera selon que prédomine l'action vasodilatatrice ou l'action vasoconstrictrice. L'adrénaline a la propriété de déclencher les deux types d'actions, tandis que la noradrénaline est un puissant excitant des récepteurs α mais stimule peu les récepteurs β.

C'est le deuxième grand système de régulation de la pression artérielle. Lorsque la pression artérielle diminue, des cellules à granules des reins sont excitées, ce qui provoque la libération d'une substance hormonale, la rénine. Cette hormone agit comme une enzyme pour fabriquer, à partir d'une protéine plasmatique, un peptide puissamment vasoconstricteur : l'angiotensine.

3.3. Les autres systèmes régulateurs de la circulation

À côté de la régulation nerveuse et des deux grands systèmes hormonaux de la pression artérielle (catécholamines et système rénine-angiotensine) existent d'autres systèmes de régulation. Les uns sont des mécanismes agissant de façon aiguë : c'est le cas de la bradykinine et des prostaglandines, qui sont vasodilatatrices, ou des substances sécrétées par l'endothélium (→ endothéline). Il existe aussi des régulations à plus long terme qui modifient la volémie (volume liquidien circulant). Les principales sont l'hormone antidiurétique sécrétée par l'hypophyse postérieure, qui favorise la réabsorption de l'eau dans le tubule distal du rein, et l'aldostérone sécrétée par la corticosurrénale, qui augmente la réabsorption de sodium par le tube contourné distal et, de ce fait, retient l'eau, ce qui augmente le volume du compartiment liquidien extracellulaire.

3.4. Régulations particulières

Deux organes bénéficient d'une régulation spécifique, le cerveau et le cœur. Dans les deux cas, les facteurs nerveux jouent probablement un rôle peu important.

3.4.1. Régulation de la circulation cérébrale

Le cerveau doit être irrigué en permanence. Chez l'homme, 90 % de la circulation artérielle cérébrale est assurée par le système carotidien, qui possède des récepteurs sensibles à la pression. Toute chute de pression dans la carotide entraîne une stimulation immédiate de la vasoconstriction, afin que le débit cérébral ne s'abaisse pas.

L'irrigation cérébrale échappe presque complètement au système vasomoteur précédemment décrit. La régulation est avant tout d'origine humorale. Le stimulus le plus efficace est la quantité de gaz carbonique dissous dans le sang artériel : toute augmentation de celle-ci entraîne une augmentation considérable du débit cérébral.

3.4.2. Régulation de la circulation coronaire

Bien que ne représentant que 5 ‰ du poids corporel, le cœur a besoin à lui tout seul de 5 % du débit cardiaque, car sa consommation en oxygène représente 14 % de la consommation totale. Cet apport est assuré et par un débit cardiaque élevé, et par une extraction plus importante de l'oxygène des vaisseaux ; c'est ainsi que le sang veineux coronaire est celui qui a la plus faible teneur en oxygène de tout l'organisme. Une des particularités de la circulation coronaire est que les vaisseaux coronaires qui irriguent le cœur sont comprimés lors de la systole par la contraction ventriculaire, de telle sorte que la perfusion coronaire ne se fait qu'en diastole (à l'inverse des autres organes, dont la perfusion s'effectue au cours de la séquence systole-diastole). La régulation principale est assurée par la quantité d'oxygène délivré à la cellule : tout abaissement de la pression en oxygène du sang artériel entraînera une vasodilatation réflexe importante ; cet effet peut être direct ou nécessiter la médiation d'une substance, l'adénosine.

4. Pathologie de la circulation sanguine

L'appareil vasculaire peut être le siège de troubles variés. Des anomalies congénitales, dues à un défaut embryologique (malposition des vaisseaux, fistules artéro-veineuses), entraînent des perturbations souvent graves et rapidement mortelles, mais certaines peuvent être opérées avec succès.

Parmi les maladies dégénératives, l'athérosclérose est, de loin, la cause la plus fréquente d'insuffisance artérielle. Elle provoque un rétrécissement, voire une occlusion de l'artère, dont les conséquences sont catastrophiques selon les territoires touchés : infarctus du myocarde, hémiplégie ou hémorragies cérébrales, nécroses des membres inférieurs.

Les anévrismes sont des dilatations de la paroi aortique, d'origine le plus souvent athéromateuse, parfois syphilitique. La rupture d'un anévrisme est un risque mortel. La seule thérapeutique est chirurgicale. Des accidents artériels aigus des membres peuvent être occasionnés par des thromboses ou des embolies.

La pathologie veineuse est représentée surtout par l'insuffisance veineuse, qui s'accompagne en général de varices, et la thrombose, dont le risque majeur est l'embolie pulmonaire. Les anticoagulants représentent, alors, un traitement tant préventif que curatif.

Enfin, il peut exister des troubles de la microcirculation périphérique, d'origine vasomotrice (spasmes), qui se manifestent par des modifications de la peau, des variations de la chaleur locale, des troubles trophiques.

Pour en savoir plus, voir l'article circulation extracorporelle.

5. Circulation sanguine fœtomaternelle

Il n'existe pas de respiration pulmonaire chez le fœtus : c'est grâce à la circulation sanguine fœtomaternelle qu'il reçoit, par l'intermédiaire du placenta et du cordon ombilical, oxygénation et nutrition.

Le sang maternel parvient dans le placenta par les artères spiralées, branches des artères utérines. Le sang fœtal oxygéné part du placenta pour arriver à l'oreillette droite du fœtus par le biais de la veine ombilicale et de la veine cave inférieure. Il passe directement dans l'oreillette gauche par un orifice situé entre les deux oreillettes, le trou de Botal, puis dans le ventricule gauche. Après oxygénation du corps, le sang gagne l'oreillette droite, le ventricule droit, l'artère pulmonaire puis l'aorte, en évitant les poumons grâce à un canal appelé canal artériel. Le sang appauvri en oxygène regagne alors le placenta par les deux artères du cordon ombilical pour s'y réoxygéner au contact du sang maternel. Il n'y a donc jamais passage de sang maternel, mais simplement oxygénation du sang fœtal au contact du sang maternel par le biais du placenta. Trou de Botal et canal artériel se ferment après la naissance.