Les fibres musculaires cardiaques sont essentiellement de longues cellules cylindriques avec un ou au plus deux noyaux, situés au centre de la cellule.

Les extrémités des fibres sont divisées longitudinalement en un petit nombre de branches, dont les extrémités butent sur des branches similaires de cellules adjacentes donnant l’impression d’un réseau cytoplasmique tridimensionnel continu ; ceci était autrefois décrit comme un synctitium avant que les limites intercellulaires discrètes ne soient reconnues.

Entre les fibres musculaires, un tissu collagène délicat analogue à l’endomysium du muscle squelettique soutient le réseau capillaire extrêmement riche nécessaire pour répondre aux exigences métaboliques élevées d’une forte activité continue. Les fibres musculaires cardiaques ont également un système de tubules T et de réticulum sarcoplasmique analogue à celui des muscles squelettiques. Dans le cas du muscle cardiaque, cependant, il y a une fuite lente des ions calcium dans le cytoplasme depuis le réticulum sarcoplasmique après récupération de la contraction précédente ; cela provoque une succession de contractions automatiques indépendantes des stimuli externes. Le taux de ce rythme inhérent est alors modulé par des stimuli externes autonomes et hormonaux.

Entre les extrémités des cellules musculaires cardiaques adjacentes se trouvent des jonctions intercellulaires spécialisées appelées disques intercalés qui non seulement fournissent des points d’ancrage pour les myofibrilles mais permettent également une propagation extrêmement rapide des stimuli contractiles d’une cellule à l’autre. Ainsi, les fibres adjacentes sont amenées à se contracter presque simultanément, agissant ainsi comme un syncytium fonctionnel.

De plus, un système de cellules musculaires cardiaques hautement modifiées constitue les régions stimulatrices du cœur et se ramifie dans tout l’organe en tant que système de Purkinje, coordonnant ainsi la contraction du myocarde dans son ensemble à chaque cycle cardiaque.

Les sarcomères du muscle cardiaque ont un motif de bandes identique à celui du muscle squelettique. Les sarcomères ne sont cependant pas disposés en colonnes simples constituant des myofibrilles cylindriques comme dans le muscle squelettique, mais forment un réseau myofibrillaire ramifié continu en trois dimensions dans tout le cytoplasme. Les colonnes ramifiées de sarcomères sont séparées par un sarcoplasme contenant des rangées de mitochondries et de réticulum sarcoplasmique.

La conduction de stimuli excitateurs vers les sarcomères du muscle cardiaque est médiée par un système de tubules T et de réticulum sarcoplasmique dont la disposition est similaire à celle du muscle squelettique.

Les disques intercalés sont des jonctions transversales spécialisées entre les cellules musculaires cardiaques aux endroits où elles se rencontrent bout à bout; elles coïncident toujours avec les lignes Z. Les disques intercalés lient les cellules, transmettent les forces de contraction et fournissent des zones de faible résistance électrique pour la propagation rapide de l’excitation dans tout le myocarde.

Le disque intercalé est une jonction interdigitée et se compose de trois types de contact membrane à membrane. Le type de contact prédominant, le fascia adhérens, ressemble à la zonule adhérente des complexes épithéliaux jonctionnels mais est plus étendu et moins régulier. Les filaments d’actine aux extrémités des sarcomères terminaux s’insèrent dans le fascia adhérent et transmettent ainsi les forces contractiles de cellule à cellule. Les desmosomes sont moins fréquents et assurent l’ancrage des filaments intermédiaires du cytosquelette. Les jonctions communicantes sont présentes principalement dans les portions longitudinales des interdigitations. Le sarcoplasme à l’intérieur et entre les sarcomères est riche en granules de glycogène.

L’ensemble du système circulatoire a une structure commune: a) une doublure interne comprenant une seule couche de cellules épithéliales extrêmement aplaties appelées endothélium soutenues par une membrane basale et un tissu collagène délicat ; ceci constitue la tunique intima b) une couche musculaire intermédiaire, la media c) une couche externe de tissu de soutien appelée tunique adventice.

L’endocarde, la couche la plus interne du cœur, se compose d’un revêtement endothélial et de son tissu de soutien. L’endothélium est une couche unique de cellules épithéliales aplaties, qui est continue avec l’endothélium des vaisseaux entrant et sortant du cœur. L’endothélium est soutenu par une couche de tissu collagène sous laquelle se trouve une couche fibroélastique robuste qui permet le mouvement du myocarde sans endommager l’endothélium. La partie la plus profonde de l’endocarde peut également contenir une petite quantité de tissu adipeux. Le tissu sous-endothélial devient continu avec le périmysium du muscle cardiaque. L’endocarde contient des vaisseaux sanguins, des nerfs et des branches du système conducteur du cœur.

La surface libre de l’épicarde est constituée d’une seule couche de cellules épithéliales aplaties, le mésothélium ; une couche mésothéliale similaire tapisse la surface péricardique pariétale opposée. Les cellules mésothéliales sécrètent une petite quantité de liquide séreux qui lubrifie le mouvement de l’épicarde sur le péricarde pariétal.

Une fine couche de tissu fibroélastique soutient le mésothélium ; cette couche est reliée au myocarde par une couche plus large de tissu adipeux. Les vaisseaux coronaires et les nerfs autonomes passent dans l’épicarde pour irriguer le myocarde.