Chapitre 3 — Physiologie cardiovasculaire · Topic 2 · Leçon 2.4
La pression exerce une force sur la paroi vasculaire. Cette force par unité de longueur s’appelle la tension pariétale T et elle est décrite par la loi de Laplace. Cette loi éclaire trois grands phénomènes physiologiques et pathologiques : la fragilité apparente des capillaires, la rupture des anévrismes et l’hypertrophie ventriculaire gauche.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Écrire la loi de Laplace pour un vaisseau cylindrique ;
- Expliquer pourquoi les capillaires supportent une haute pression avec une paroi ultra-fine ;
- Comprendre le mécanisme d’expansion d’un anévrisme ;
- Justifier l’hypertrophie ventriculaire gauche dans l’HTA chronique ;
- Différencier tension pariétale et forces de cisaillement.
🧭 Plan de la leçon
- La loi de Laplace pour un vaisseau
- Applications physiologiques : capillaires, aorte, ventricules
- Applications pathologiques : anévrisme et hypertrophie
1. La loi de Laplace pour un vaisseau
Considérons un vaisseau cylindrique de rayon r, dont la paroi (épaisseur e) supporte une pression interne P. La tension pariétale T — force par unité de longueur qui tend à faire s’ouvrir la paroi — est donnée par :
T = P × r
Et la contrainte pariétale σ (tension par unité d’épaisseur, force par unité de surface de section paroi) :
σ = P × r / e
Avec :
- T : tension pariétale (N/m) ;
- σ : contrainte pariétale (Pa ou N/m²) ;
- P : pression transmurale (Pinterne − Pexterne) ;
- r : rayon du vaisseau ;
- e : épaisseur de la paroi.
La loi de Laplace nous dit trois choses fondamentales :
- À pression égale, un vaisseau plus large subit une tension pariétale plus grande.
- Pour maintenir σ constante, un vaisseau à haute pression doit avoir une paroi plus épaisse.
- Si le rayon augmente localement (dilatation), la tension augmente aussi — ce qui tend à dilater davantage le vaisseau (cercle vicieux mécanique).
2. Applications physiologiques : capillaires, aorte, ventricules
| Compartiment | P (mmHg) | r | e | Tension pariétale T |
|---|---|---|---|---|
| Aorte | 100 | 10 mm | 2 mm | Très élevée (T ≈ 1,3 N/m) |
| Artériole | 60 | 30 μm | 20 μm | Modérée |
| Capillaire | 25 | 4 μm | 0,5 μm | Faible (T ≈ 0,013 N/m) |
| Veine cave | ~ 5 | 15 mm | 1,5 mm | Modérée |
Le capillaire a une paroi ultra-fine (une seule cellule endothéliale, ~0,5 μm) qui semble incapable de résister à la pression sanguine. En réalité, la loi de Laplace montre que la tension pariétale qu’elle doit supporter est très faible — car T = P × r et le rayon r est minuscule (~4 μm). Ce n’est pas un paradoxe : la géométrie explique tout. Une paroi mince suffit dans un tube mince, même sous pression élevée.
À l’inverse, l’aorte (r ≈ 10 mm) subit une tension pariétale ~ 2 500 fois plus grande que celle du capillaire. Elle a besoin d’une paroi épaisse, riche en collagène et en fibres élastiques.
Pour une structure sphérique (ventricule, alvéole pulmonaire), la loi de Laplace s’écrit : P = 2T/r (facteur 2 supplémentaire par rapport au cylindre). C’est cette forme qui explique pourquoi les petites alvéoles auraient tendance à se collaber sans surfactant, et pourquoi le ventricule sphérique doit générer une pression proportionnelle à sa tension pariétale et inversement à son rayon.
3. Applications pathologiques : anévrisme et hypertrophie
Anévrisme : le cercle vicieux mécanique
Un anévrisme est une dilatation localisée de la paroi artérielle. Quand r augmente localement, la loi de Laplace prédit que T augmente proportionnellement à r. La paroi déjà fragilisée doit supporter une tension encore plus grande, ce qui la fait se dilater davantage. Ce cercle vicieux mécanique aboutit progressivement à la rupture (hémorragie souvent mortelle si aorte abdominale ou anévrisme cérébral).
La chirurgie préventive est indiquée dès qu’un anévrisme de l’aorte abdominale atteint 5,5 cm de diamètre chez l’homme. Au-delà, le risque annuel de rupture dépasse celui de la chirurgie. C’est une application directe de la loi de Laplace au raisonnement thérapeutique : T = P × r devient prohibitive.
Hypertrophie ventriculaire gauche
Dans l’HTA chronique, le VG doit générer une pression systolique plus élevée. La contrainte pariétale σ = P × r / e menace de dépasser les capacités de la paroi. Pour maintenir σ constante malgré P ↑, le ventricule épaissit sa paroi (e ↑) — c’est l’hypertrophie ventriculaire gauche (HVG). C’est initialement adaptatif, mais à long terme la paroi épaisse devient rigide, se remplit mal (dysfonction diastolique) et peut évoluer vers l’insuffisance cardiaque.
Forces de cisaillement pariétal (shear stress)
À ne pas confondre avec la tension pariétale : les forces de cisaillement (τ) sont exercées par le sang tangentiellement à la paroi, et non transversalement. Elles dépendent de la viscosité et du gradient de vitesse près de la paroi. Physiologiquement, ces forces sont captées par l’endothélium et régulent la production de NO (monoxyde d’azote) — donc le tonus vasomoteur. On y reviendra en Topic 3.
🧠 À retenir absolument
- Loi de Laplace (cylindre) : T = P × r ; contrainte pariétale σ = P × r / e.
- À pression égale, un vaisseau plus large subit une tension pariétale plus élevée.
- Le capillaire, malgré une haute pression, supporte une tension faible car son rayon est minuscule.
- L’aorte a besoin d’une paroi épaisse à cause de son grand rayon.
- Anévrisme : cercle vicieux mécanique (r ↑ → T ↑ → r ↑↑ → rupture).
- HVG dans l’HTA : épaississement adaptatif pour maintenir σ malgré P ↑.
- Distinguer tension pariétale (radiale) et forces de cisaillement (tangentielles, régulation endothéliale du NO).
❓ Questions fréquentes
Pourquoi les capillaires n’éclatent-ils pas malgré une pression sanguine notable ?
Parce que la tension qu’ils doivent supporter (T = P × r) est proportionnelle à leur rayon, qui est extrêmement petit (~4 μm). Même avec une pression de 25 mmHg, la tension pariétale reste très inférieure à celle de l’aorte (r ≈ 10 mm). Une paroi ultra-fine suffit largement, et c’est même souhaitable pour laisser passer les échanges par diffusion.
Pourquoi un anévrisme grossit-il de plus en plus vite ?
Parce que la loi de Laplace crée un cercle vicieux : plus le rayon augmente, plus la tension sur la paroi augmente, plus la paroi se distend, plus le rayon augmente. Ce phénomène auto-amplificateur explique la croissance parfois rapide des anévrismes une fois qu’ils dépassent un certain seuil, et justifie leur surveillance active.
L’hypertrophie ventriculaire gauche est-elle une adaptation utile ou une pathologie ?
Les deux. À court terme, elle est bénéfique : elle permet au VG de générer la pression accrue nécessaire malgré l’HTA sans dépasser la contrainte pariétale critique. À long terme, la paroi épaissie devient rigide, se remplit mal (le VG a du mal à accepter le sang veineux en diastole) et sa perfusion coronaire est compromise. Elle évolue vers l’insuffisance cardiaque.
Quelle est la différence entre tension pariétale et cisaillement ?
La tension pariétale agit radialement (perpendiculairement à la paroi, en tendant à l’éloigner du centre du vaisseau). Le cisaillement agit tangentiellement (parallèlement à la paroi, dans le sens du flux, comme un frottement du sang sur l’endothélium). La première dépend surtout de P et r, le second de la vitesse du sang et de la viscosité. Ces deux contraintes sont détectées par des mécanismes cellulaires différents.
🚀 Pour aller plus loin
Le Topic 2 s’achève. Le Topic 3 s’attaque à la variable régulée numéro un du système : la pression artérielle.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.