Le poids du cœur humain augmente d’environ 1 à 1,5 g par an entre 30 et 90 ans, il diminue légèrement après 90 ans. L’augmentation est parallèle au poids du corps et le rapport poids du cœur/poids du corps ne s’élève que discrètement pendant cette période. Des études échocardiographiques montrent que, si la paroi postérieure s’épaissit avec l’âge, ceci reste toujours dans les limites de la normale et disparaît lorsque les résultats sont indexés par rapport à la surface corporelle. Avec l’âge, le nombre de myocytes diminue ; il diminue plus vite chez l’homme que chez la femme 〚6〛. Chez l’homme, il a été impossible de mettre en évidence une augmentation du pourcentage des cellules apoptotiques avec l’âge, le pourcentage de cellules myocardiques TUNEL positives restant autour de 0 à 0,04%, quel que soit l’âge 〚7〛.

Les données sont comparables chez l’animal, mais il existe, chez le rat, d’importantes différences d’une lignée à l’autre 〚4, 5〛. Par contre, chez le rat Fischer, la mort cellulaire associe apoptose et mort accidentelle, avec une nette prédominance pour l’ischémie et la mort cellulaire non apoptotique 〚4〛.

Une analyse plus détaillée des données structurales a été faite sur les modèles expérimentaux. La perte de myocytes s’accompagne d’une hypertrophie des myocytes restants, et cette hypertrophie compense à la fois la perte cellulaire, au milligramme prêt, et la surcharge mécanique secondaire due à l’augmentation de l’impédance caractéristique de l’aorte ; de fait, elle prédomine donc à gauche. Le volume moyen des cardiocytes passe ainsi de 15 à 30×10^–3 mm³ dans le ventricule gauche 〚4〛.

Cette perte cellulaire s’accompagne de fibrose, laquelle a été observée chez l’animal et chez l’homme. La fibrose, tout au moins chez le rat, est en partie réparatrice, mais en partie seulement, car elle s’accompagne d’une diminution de l’activité des collagénases (métalloprotéinases), qui semble être liée au processus de vieillissement lui-même 〚8〛. De plus, l’augmentation de la concentration en collagène va de pair, paradoxalement, avec une réduction de la concentration des ARN messagers correspondants, indiquant la complexité de la régulation, qui n’est sûrement pas transcriptionnelle 〚9〛. Cette fibrose est le principal déterminant des anomalies du remplissage ventriculaire et des arythmies.

Chez l’homme, au cours du vieillissement, l’aspect morphologique des artères, surtout élastiques, change : (i) le diamètre (de 6,9 cm entre 19 et 44 ans à 8,5 cm après 65 ans pour la crosse aortique) et la longueur (les artères deviennent tortueuses) augmentent ; (ii) l’intima (de 200 à 680 μm) et la media des parois s’épaississent ; (iii) les artères deviennent plus rigides et leur contenu en élastine diminue (alors que dans l’hypertension les changements de compliance artérielle sont dus à une augmentation du collagène) 〚10〛. En revanche, les résistances périphériques et la pression artérielle ne sont pas modifiées par l’âge (la pression artérielle systolique dans l’étude Baltimore est en moyenne de 115 mm Hg à 30 ans et de 130 mm Hg à 75 ans). L’hypertension systolique et diastolique reste une maladie et doit être traitée comme telle chez les sujets âgés ; ce n’est pas une des propriétés de l’âge. L’hypertension systolique pure s’observe chez 10% des sujets âgés, et s’accompagne d’une hypertrophie ventriculaire gauche 〚11〛, mais, par définition, ce type de sujets a été exclu de l’étude de Baltimore.

Les résultats concernant les variations du débit cardiaque, indexé ou non, avec l’âge sont maintenant clairs. L’étude de Baltimore 〚2〛 a montré que l’index cardiaque au repos ne diminue pas avec l’âge (il est de 3,8 L min^–1 m^–2 à 20 ans et de 3,6 L min^–1 m^–2 à 85 ans). Les composantes du débit, à savoir fréquence et volume éjecté sont peu modifiés ; il y a seulement une discrète bradycardie et une modeste augmentation du volume éjecté. La fraction d’éjection, tout comme la fraction de raccourcissement et la vitesse de raccourcissement circonférentiel en échocardiographie sont également normaux ou subnormaux. In vivo, si les performances du cœur de rat âgé sont normales, les performances de ces mêmes cœurs isolés ou celles du muscle papillaire sont, en revanche, fortement modifiées, ce qui témoigne d’une adaptation deux niveaux 〚1〛.

Sur un plan physiologique, le ventricule gauche est un ventricule surchargé mécaniquement (Tableau 2) 〚17〛. Les données expérimentales chez le rat ont montré qu’il se contracte et se relaxe moins vite, et surtout que le cycle contractile est plus économique au sens thermodynamique du terme, puisque la courbure de la relations de Hill est moins prononcée 〚5〛.

Biologiquement parlant, le cœur, le cœur gauche, présente tous les signes d’une surcharge de pression au niveau cellulaire. Le cycle contractile est ralenti à tous les niveaux : durée du potentiel d’action et de l’intervalle QT sont prolongés, ainsi que la durée de la transition calcium et la durée de la contraction 〚2〛. Ce ralentissement est un processus adaptatif bien connu qui se retrouve dans toutes les surcharges mécaniques, chez l’homme et dans toutes les espèces animales et permet au muscle soumis à de nouvelles conditions de travail de maintenir une tension active normale aux dépens de la vitesse à laquelle cette tension se développe. Chez l’homme, ce changement est dû à un ralentissement de l’échangeur Na⁺/Ca²⁺, principal responsable de l’extrusion normale du Ca²⁺ hors de la cellule et à une réduction de la capacité du réticulum sarcoplasmique à repomper le calcium. Le ralentissement de la phase active de la relaxation trouve ici une explication, puisque les deux composantes biologiques de la relaxation sont altérées (cf. revue in 〚18〛). Les anomalies de la phase active de la relaxation sont corrigées chez le rat sénescent par le transfert du gène codant pour l’ATPase du réticulum sarcoplasmique 〚19〛.

La durée de la phase isovolumique de la relaxation est augmentée ; ceci est en partie dû à une prolongation de l’activation des myofilaments par le calcium. Mais le paramètre le plus caractéristique du cœur sénescent est la diminution, de près de 50%, du rapport entre les vitesses des remplissages passifs et actifs de la cavité (ondes E et A en écho Doppler) : le remplissage précoce, passif, du ventricule gauche est réduit, ce qui reflète à la fois les anomalies de la relaxation active et la présence de fibrose ; néanmoins, le volume télédiastolique reste normal, car le remplissage ventriculaire est maintenu normal, grâce à une augmentation de la contribution des oreillettes. La fonction diastolique globale reste donc normale au repos, mais le cœur âgé se remplit plus du fait de la contraction auriculaire que de par ses propriétés passives d’élasticité, contrairement à ce qui se passe chez le sujet jeune, ce qui facilite le passage en fibrillation auriculaire 〚2〛.

The incidence of most of the cardiovascular diseases increases with ageing, because ageing enhances the emergence of the genetic components that have low penetrance, it prolongs the contact with risk factors as glycemia, tobacco compounds, hyperlipaemias, overnutrition, and finally ageing is also associated with a diminished physical activity. Studies on aged persons with normal coronarography and normal blood pressure are quite rare. Up to now, on the basis of experimental designs and clinical settings, there is evidence that unaffected aged persons have a normal cardiac output at rest and during exercising. Nevertheless, the senescent heart is far for being normal as compared to adults, reflecting together the general process of senescence, the senescent endocrine system and, above all, the senescence of the big vessels.

Both in human and animal species, the heart weight increases with ageing in proportion to body weight. Such an augmentation is accompanied by a paradoxical loss of cardiocytes, which is unlikely to be caused by apoptosis and has probably an ischemic origin, and both a compensatory hypertrophy of the remaining cardiocytes and fibrosis, which is the predominant determinant of the senescent cardiac function. Senescent myocardial fibrosis is post-transcriptionally-regulated and principally caused by a depressed collagenase activity. The senescent arteries are both larger and stiffer, the arterial wall is thickened and the elastin/collagen ratio diminishes commensurate to ageing.

The characteristic impedance of aorta goes from 50 dyn s cm⁵ at 30 years up to 90 at 70 years; such an augmentation is, in part, reversible with exercising and results from the increased arterial compliance that causes an enhanced pulse wave velocity and a prolonged reflected wave that is superimposed to the direct pressure wave. The aortic impedance is the true load of the heart, then, the senescent left ventricle is overloaded. The enhanced coronary arteries impedance is responsible for a diminished coronary reserve and an increased sensitivity to ischemia. During ageing, the collagen and elastin properties are modified by glycation, and the advanced glycation end-products are major determinants of aortic compliance. Finally, ageing modifies endothelium and endothelial production of vasoactive substances.

The Baltimore study has demonstrated that cardiac output is unchanged with ageing, with unmodified ejection fraction. Nevertheless, experimental approaches in vitro have shown that, despite a normal function in vivo, the performances of the papillary muscle were depressed, which means that there is an adaptation. The adaptation process exists at the organ level – the shortening velocity is slower and the cardiac cycle is more economical – and at the molecular level – the action potential and calcium transient durations are longer. In human beings, such an adaptation is caused by several changes in genetic expression at the level of calcium regulating proteins. The isovolumic phase of relaxation is prolonged, but the most characteristic component of the senescent heart is a @50% diminution of the echocardiographically determined E/A ratio that results from both a reduced early filling of the ventricle and increased atrial filling. Such a normal diastolic dysfunction is an important parameter that clinician has to take into account.

The physical performances and $V_{{\mathrm{O}}_2\max }$ diminish with ageing; nevertheless, the maximal cardiac output remains unchanged, which means that the abnormality has a peripheral origin. During exercising, in young volunteers, the increase in cardiac output is mainly caused by tachycardia. In contrast, in aged persons, the adrenergic system is blunted, the pulse rate is poorly modified, and the augmentation of the cardiac output is principally due to an increased ejection volume. Global analysis of the autonomous nervous system, using time and/or frequency domain methods, has evidenced a pronounced blunting of heart rate variability. Molecular analyses have evidenced a down-regulation of both adrenergic and muscarinic receptors, especially in the sinus node, and a diminution of G_αs.

Most of the aged persons have benign arrhythmias with slight increase in PR interval. Aged rats are equally arrhythmic, which represents an interesting experimental model, with a pronounced disorganisation of their sinus node, which becomes highly fibrotic.

Normal aged persons have pronounced diminution of their plasma concentrations in both angiotensin II and aldosterone, and augmentation of plasma concentrations in atrial natriuretic factor and cortisol. The reduced angiotensin II level is compensated by an activation of the tissue RAS and an enhanced myocardial angiotensin II receptor density that explains why converting enzyme inhibition, CEI, is still highly efficient to treat both heart failure and essential hypertension in patients aged over 65 years. CEI has well-documented trophic effects that also exist in aged persons.

Aged subjects are more sensitive to myocardial ischemia and the incidence of heart failure due to coronary ischemia is much higher in old than in young patients. Normal ageing is accompanied with a significant reduction in vascular tone, endothelial functions, coronary reserve and vascular bed density. Experimental settings have evidenced that, in an isolated heart, for the same reduction in coronary flow, the depression in myocardial function is more pronounced in senescent rats than in adult animals. In addition, molecular studies have demonstrated that the ischemia-induced activation of genetic expression occurs for a smaller reduction in the coronary flow in aged animals. In clinical conditions, myocardial ischemia frequently occurs during electrical pacing or unstable angina. It was shown that, in these conditions, aged patients react with a coronary vasoconstriction, in contrast with adults who usually react with a coronary vasodilatation; such an observation has therapeutic consequences.

The aged myocardium is permanently overloaded by the increased aortic impedance. When another mechanical stress, such as hypertension or valve disease, is added, the senescent heart still have the capacity to hypertrophy and to develop the various changes in genetic expression that are currently observed in adults; nevertheless, there are experimental evidences that such an adaptation process needs more time to be efficient.