Relation pression-volume du ventricule gauche : Précharge, postcharge, volume d’éjection, contrainte de paroi & ; loi de Frank-Starling
Relation entre la pression et le volume du ventricule gauche
La relation pression-volume du ventricule gauche peut être décrite par un diagramme en boucle, le volume étant représenté sur l’axe des x et la pression du ventricule gauche sur l’axe des y. Si la pression et le volume du ventricule gauche sont mesurés en continu au cours d’un seul cycle cardiaque, on obtient le diagramme en boucle illustré à la figure 1.

Dans la figure 1, nous commençons en diastole, lorsque la valve mitrale s’ouvre. Lorsque la valve mitrale s’ouvre, le sang s’écoule dans le ventricule gauche. Il en résulte une augmentation rapide du volume du ventricule gauche, mais seulement une faible augmentation de la pression du ventricule gauche. Cela s’explique par le fait que le ventricule gauche est capable de se détendre et de se dilater rapidement pendant la diastole. Le terme de compliance est utilisé pour décrire la capacité du ventricule gauche à se détendre pendant la diastole. La compliance est fondamentale pour la fonction diastolique. Une compliance élevée est souhaitable et signifie que le ventricule est capable de se remplir rapidement tout en fonctionnant à une faible pression de fin de diastole.
Le VDE (volume diastolique final ; EDV, End Diastolic Volume) désigne le volume du ventricule gauche juste avant le début de la contraction. La pression ventriculaire gauche augmente au début de la contraction, et lorsque la pression ventriculaire gauche dépasse la pression auriculaire gauche, la valve mitrale se ferme. Lors de la fermeture de la valve mitrale, la pression ventriculaire gauche augmente rapidement alors que la valve aortique et la valve mitrale sont toutes deux fermées. Cette phase est appelée contraction isovolumétrique(CIV ; IVC, isovolumetric contraction).

Lorsque la pression du ventricule gauche dépasse la pression diastolique dans l’aorte, la valve aortique s’ouvre et le sang est éjecté dans l’aorte. Le volume du ventricule gauche diminue au fur et à mesure que le ventricule se contracte et pompe le sang dans l’aorte. Lorsque la pression maximale est atteinte, le ventricule se relâche, ce qui entraîne une diminution de la pression ventriculaire gauche. La valve aortique se ferme lorsque la pression aortique dépasse la pression ventriculaire gauche.
Le VSE (volume systolique final) est défini comme le volume du ventricule gauche à la fermeture de la valve aortique. Lors de la fermeture de la valve aortique, le ventricule se détend et la pression chute rapidement, sans changement significatif du volume. Cette phase est appelée relaxation isovolumétrique (IVR ; figures 1 et 2). Lorsque la pression ventriculaire est inférieure à la pression auriculaire gauche, la valve mitrale s’ouvre et le cycle se répète.
Volume d’éjection systolique (SV) et travail d’éjection systolique (SW)
Levolume d’éjection systolique ( SV) est défini comme la différence entre le VES et le VDE, ce qui équivaut à la largeur de la boucle de la figure 1. La surface à l’intérieur de la boucle est le travail de l’apoplexie (SW), qui est discuté ci-dessous.
La boucle pression-volume de la figure 1 peut être déplacée le long des lignes noires appelées EDPVR et ESPVR. La courbe E DPVR (End-Diastolic Pressure-Volume Relationship) montre la relation entre le VES et le volume ventriculaire gauche. La courbe EDPVR montre que le ventricule gauche peut supporter de fortes augmentations de pression, mais qu’à partir d’un certain seuil, la pression augmente rapidement avec l’augmentation du volume. Cela s’explique par l’existence d’une limite supérieure de la compliance ventriculaire. Plus la compliance du ventricule gauche est élevée, moins la pente de la courbe EDPVR est forte, et vice versa.
L’ESPVR (End-Systolic Pressure-Volume Relationship) montre comment la pression maximale varie en fonction du volume. Plus le VED est faible, plus la pression maximale générée est faible et plus le volume systolique est faible. Ainsi, une faible précharge entraîne un faible VED, ce qui se traduit par une pression générée plus faible et, en fin de compte, par un volume d’éjection systolique plus petit.
L’échocardiographie bidimensionnelle (2D) et tridimensionnelle (3D) permet de calculer le volume de l’AVC. L’inconvénient du volume systolique en tant que mesure de la fonction ventriculaire gauche est qu’il ne tient pas compte de la capacité du ventricule à générer de la pression. Cela ressort clairement de la figure 1, qui montre que le volume d’éjection systolique est la différence entre le VES et le VDE, qui peut être calculée sans tenir compte de la pression (axe des ordonnées). En outre, le volume d’éjection systolique ne tient pas compte de la capacité du ventricule à se raccourcir. Ces inconvénients apparaissent clairement lorsqu’on examine les patients atteints de cardiomyopathie dilatée (CMD). Ces patients peuvent avoir des volumes d’éjection systolique normaux, en raison de leurs grands volumes ventriculaires, malgré une grave altération de la fonction ventriculaire gauche.
La capacité à générer de la pression peut être calculée en estimant le travail systolique (TS).
Travail de l’apoplexie (TA)
En physique, le travail est équivalent au produit de la puissance (f) et de la distance (d). Le travail nécessaire pour déplacer un objet est le produit de la force nécessaire pour déplacer l’objet et de la distance parcourue par l’objet. En ce qui concerne le ventricule gauche, l’objet est le sang et la force est la pression générée par le ventricule gauche. Le travail de l’apoplexie est le travail effectué pour déplacer le sang du ventricule vers l’aorte.
Ce travail est représenté par la zone de la boucle pression-volume de la figure 1. La mesure in vivo du travail d’attaque nécessite une mesure continue de la pression et du volume ventriculaires pendant le cycle cardiaque, ce qui n’est pas techniquement possible. Cependant, le travail d’apoplexie peut être approximé comme le produit du volume d’apoplexie et de la pression artérielle moyenne (PAM). Il en résulte toutefois une sous-estimation du travail d’apoplexie.
Travail cardiaque
Le travail cardiaque (CW) est le produit de la fréquence cardiaque (HR) et du travail d’attaque (SW) :
FC = FC – FC
(SW = SV – MAP)
Loi de Frank-Starling (mécanisme)
Le volume d’éjection systolique est plus important en position couchée qu’en position debout. Cela s’explique par le fait que le retour veineux augmente en position couchée. Une plus grande quantité de sang retourne au cœur, ce qui entraîne une augmentation du remplissage ventriculaire (VED). Le ventricule gauche réagit à l’augmentation du VDE en augmentant automatiquement le volume de la course. Il s’ensuit que le cœur peut adapter ses volumes d’éjection systolique aux variations du remplissage du ventricule gauche. Ce phénomène est appelé mécanisme de Frank-Starling (loi).

Frank et Starling ont découvert qu’une augmentation de la pression diastolique finale du ventricule gauche (PDVG) entraîne des contractions plus fortes et des volumes d’éjection plus importants. Ce mécanisme est indépendant des stimuli neurohumoraux, bien que de tels stimuli puissent ajuster l’intensité du mécanisme. Comme le montre la figure 3, la courbe de Frank-Starling est modifiée par la postcharge et l’inotropie du myocarde.
Un mécanisme cellulaire assez simple semble expliquer le mécanisme de Frank-Starling. Lorsque le remplissage ventriculaire augmente, les fibres myocardiques et leurs sarcomères sont étirés. La troponine C devient alors plus sensible au calcium (la sensibilité dépend de la longueur du sarcomère), ce qui accélère l’interaction entre l’actine et la myosine et produit finalement plus de force.
La différence entre contractilité et fonction contractile
Il existe une différence discrète entre la contractilité et la fonction contractile.
Lacontractilité décrit la capacité intrinsèque du myocarde à se contracter, indépendamment de la précharge et de la postcharge. La contractilité est la capacité des fibres musculaires individuelles à se raccourcir. La contractilité n’est pas étudiée par échocardiographie.
Lafonction contractile décrit la capacité du myocarde, dans un état hémodynamique donné (à certaines conditions de précharge et de postcharge). Elle est synonyme de fonction systolique et peut être estimée par échocardiographie.
Précharge
La précharge est la force qui étire les fibres myocardiques pendant la diastole. L’étirement peut être décrit par la pression de fin de diastole, le volume de fin de diastole ou le diamètre de fin de diastole. Cependant, ni la pression, ni le volume, ni le diamètre ne sont normalisés. Par conséquent, la préférence doit être donnée à la précharge ajustée à la surface du ventricule, ce qui équivaut à la tension de la paroi en fin de diastole (voir ci-dessous).
Laréserve de précharge est un paramètre important. Il indique la réserve de précharge. Un ventricule ayant une grande réserve de précharge peut recevoir un plus grand volume de sang (c’est-à-dire augmenter sa PDSV). En position debout, tous les individus en bonne santé ont une grande réserve de précharge, qui devient utile pendant l’activité physique. En revanche, en position couchée, la réserve de précharge est faible. En effet, le retour veineux augmente tellement en position couchée que le ventricule est déjà étiré et fonctionne à sa réserve ou presque.
Postcharge
La postcharge est la force que le myocarde génère pendant la systole. La postcharge peut également être décrite en termes de tension de paroi, ce qui signifie que la force est ajustée à la surface. La postcharge dépend de l’épaisseur du myocarde. Les personnes souffrant d’hypertension artérielle (postcharge élevée) développent souvent une hypertrophie compensatoire, qui peut normaliser la postcharge par rapport à la surface.
Tension de paroi
La tension de paroi est la force appliquée à la paroi du ventricule. La force doit être adaptée à la surface du ventricule, ce qui se traduit par une tension de paroi par surface (σ):
σ = (p-r)/2-t
p = pression transmurale ; r = rayon ventriculaire ; t = épaisseur de la paroi.
La pression transmurale(p) est la pression dans le ventricule gauche. Elle peut être approximée, ce qui est fait en approximant p à la pression systolique (mesurée comme la pression artérielle conventionnelle).