Physico-chimie du corps humain : le coeur. Concours général physique 2024.

Le coeur fonctionne comme une pompe et fournit donc du travail au sang. On peut représenter l'évolution cyclique du ventricule gauche du coeur dans un diagramme donnant la pression régnant dans le fluide remplissant le ventricule en fonction du volume du ventricule.

On y retrouve les différentes étapes du cycle cardiaque données ici dans le désordre :
la disatole :
relaxation à volume constant ; remplissage du ventricule.
la systole : contraction à volume constant ; éjection du sang vers les organes.
58. Attribuer à chaque segment une étape du cycle cardiaque.
AB : lors de la diastole le volume du ventricule augmente, ce dernier se remplit.
BC : la pression augmente, contraction systolique.
CD : diminution du volume à pression constante, éjection du sang vers les organes.
DC : baisse de la pression, relaxation diastolique.
59. Prévoir en justifiant le signe du travail fourni par le ventricule gauche pour les étapes AB et CD.
CD : le sang est éjecté ; l'énergie cinétique du sang augmente ; le coeur fournit un travail positif.
AB : le sang remplit le ventricule ; l'énergie cinétique du sang diminue ; W_AB< 0.
60. On admet que la valeur absolue du travail fourni par le ventricule gauche à chaque étape est égale à l'aire sous la courbe représentative de chaque étape. En déduire la valeur du travail fourni par le ventricule gauche à chaque étape.
Isochores CD et DA : l'aire sous la courbe est nulle. Le travail est nul.
Ejection du sang : W_CD = P_C(V_C-V_D) =100 x133 (150-90)10^-6 ~0,80 J.
W_AB = - (P_B +P_A) / 2 x(V_B-V_A) = -3*133 *60 10^-6~ -2 10^-3 J.
61. Montrer que le travail fourni par ce ventricule gauche peut se simplifier sous la forme W_g = V_ES P_C avec P_C la pression au point C. Préciser ce que représente V_ES.
Travail total sur le cycle = W_AB + W_CD ~ W_CD ~P_C(V_C-V_D).
V_ES= V_C-V_D= 60 mL.
On adfmet que le travail fourni par le ventricule droit est a W_g ( a = 0,2).
62. On estime que l'énergie nécessaire pour mettre le coeur sous tension ( contracter en changeant sa forme pour augmenter la pression pendant la systole) nécessite environ 20 J. Calculer le rendement cardiaque et commenter.
Le sang reçoit le travail W_g du ventricule gauche et le travail aW_g du ventricule droit.
Rendement : W_g(1+a) / E =1,2 x 0,8 /20 =0,048 ( 4,8 %).
Valeur faible. Le coeur est plus complexe que l'association de deux oreilles et 2 ventricules.
63. Le débit cardiaque D est le volume éjecté par le coeur par unité de temps. Donner son expression en fonction de V_ES et f la fréquence cardiaque. Faire l'application numérique en proposant si nécessaire des valeurs.
Débit = volume (L) / durée (min) = volume (L)x fréquence (bat / min) =0,060 x 80 4,8 L / min.
64. Le ventricule droit et le ventricule gauche sont chacun caractérisés par un débit de sortie. Il est vital que ces débits soient égaux. Dans le cas où le débit de sortie du ventricule droit est 5,1 L / min et celui du ventricule gauche de 5 L /min, déterminer la valeur du volume de sang accumulé dans les poumons et conclure.
0,1 L de sang s'accumule dans les poumons par minute soit 1 L en 10 minutes. Or le volume des poumons n'est que de quelques litres. L'iissue est fatale en moins d'une heure.