La circulation : la loi du cœur ou loi de Franck-Starling

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En 1832, l’un des initiateurs de la théorie cellulaire, le physiologiste allemand Theodor Schwann (1810-1882), montra qu’il existait une relation précise et reproductible entre la longueur d’un muscle squelettique et la tension appliquée sur celui-ci. Durant la seconde moitié du XIXe siècle, les physiologistes cherchèrent à savoir si le muscle cardiaque était doué d’une telle propriété. C’est ainsi qu’en 1869, Carl Ludwig (1816-1895) – le physiologiste allemand inventeur, en 1846, du kymographe, premier système enregistreur des paramètres physiologiques, comme par exemple les contractions musculaires ou la pression artérielle – établit une relation entre le travail d’un cœur isolé de grenouille et le volume de sang qui le remplissait. Son élève, Otto Franck (1865-1944), poursuivit les recherches et obtint les premières données numériques concernant les effets du remplis¬sage du cœur sur sa force de contraction.

L’expérience de Franck (1895):

Franck remplit des cœurs de grenouille isolés avec des volumes croissants de liquide, puis enregistre la pression dans le ventricule quand toutes les valves cardiaques sont fermées (pression isométrique). Il établit ainsi une relation reproductible entre les deux paramètres: la pression d’éjection du sang augmente avec le volume de remplissage du cœur, jusqu’à une valeur seuil de ce dernier au-delà de laquelle la pression d’éjection plafonne puis diminue. En d’autres termes, en conditions physiologiques, cela signifie que, jusqu’à une valeur seuil traduisant la contrainte mécanique maximale que peut subir le muscle cardiaque, une augmentation du retour veineux provoque une augmentation du volume d’éjection systolique (volume de sang éjecté lorsque le ventricule se contracte).

L’expérience de Starling (1914):

En 1914, le physiologiste britannique Ernest H. Starling (1866-1927) reprend, à Oxford, le principe des expériences de Franck pour mener des recherches sur le cœur des mammifères. Il réalise alors une série d’expériences sur une préparation cœur-poumons de chien – obtenue en prélevant les trois organes reliés entre eux par leur vascularisation propre et en les maintenant en vie en dehors de l’organisme grâce à un système d’irrigation sanguine — sur laquelle il est possible de modifier divers paramètres, comme la pression veineuse et la pression artérielle.

Le cœur est enserré dans un brassard de tensiomètre: toute pression qui s’exerce sur ce brassard traduit une augmentation du volume ventriculaire, enregistrée par un dispositif adéquat. La pression artérielle et la pression veineuse sont mesurées au moyen de canules insérées respectivement dans l’artère innominée (artère originaire de la crosse aortique et se divisant en carotide et sous- clavière droites) et dans la veine cave inférieure, qui sont reliées à des manomètres.

La précharge ventriculaire (c’est-à-dire le volume de sang veineux arrivant au cœur) est modifiée par injection d’un certain volume de liquide physiologique dans la veine cave supérieure. Lorsque la précharge est augmentée, le volume ventriculaire diastolique (volume maximal, lorsque le ventricule est relâché) et le volume ventriculaire systolique (volume minimal, lorsque le ventricule est contracté) augmentent; la différence entre ces deux volumes montre que le cœur est capable d’éjecter un volume sanguin plus important. Cela se traduit par une augmentation de la pression artérielle. Autre¬ment dit, quand la longueur des fibres musculaires cardiaques augmente lors de la diastole, la force des contractions systoliques augmente de même.
Starling établit ainsi une relation connue sous le nom de loi de Franck-Starling, ou « loi du cœur » : «[…] Plus grand est le volume diastolique, plus importante est l’énergie de sa contraction. Cette propriété rend compte de la merveilleuse capacité du cœur, complètement séparé du système nerveux central, à faire varier sa charge [..]. » L’augmentation du travail mécanique d’un ventricule consécutive à l’augmentation de son volume télédiastolique (en fin de diastole) est ainsi établie.