Électrophysiologie cardiaque Année universitaire 2005/2006

Électrophysiologie Électrophysiologie cardiaquecardiaque

Année universitaire Année universitaire

2005/20062005/2006

Introduction Introduction

Cellules cardiaques Cellules cardiaques entourées membrane entourées membrane (bicouche lipidique) (bicouche lipidique) imperméable.imperméable.

Membrane traversée par Membrane traversée par structures protéiques structures protéiques hydrophiles : canaux hydrophiles : canaux ioniques qui lorsqu’ils sont ioniques qui lorsqu’ils sont ouverts, laissent passer les ouverts, laissent passer les ions ions genèse courant genèse courant électrique.électrique. • Chiffres: concentrations ioniques en mM

• Flèche: sens transports passifs• Pompes: Na+-K+ et Na+-Ca++

IntroductionIntroduction

Fonction contractile Fonction contractile cœur cœur assurée grâce assurée grâce activité électrique activité électrique adaptéeadaptée

Activité électrique Activité électrique cellules cardiaques cellules cardiaques PA de morphologies PA de morphologies différentesdifférentes

Sommation dans Sommation dans l’espace et temps des l’espace et temps des PA PA différentes ondes différentes ondes de l’ECGde l’ECG

Potentiel de reposPotentiel de repos

Au repos:

• La cellule est 30 fois plus concentrée en K+ à l’intérieur. • Elle est 10 fois plus concentrée en Na+ à l’extérieur .

• [Ca++] e >>>>> à [Ca++] i.


Différence de potentiel entre extérieur cellule Différence de potentiel entre extérieur cellule

chargée (+) et intérieur cellule chargée (-) chargée (+) et intérieur cellule chargée (-)

potentiel de repospotentiel de repos qui dépend: qui dépend:

• Des caractéristiques de membrane qui Des caractéristiques de membrane qui au reposau repos est est pratiquement pratiquement uniquement perméable au K+.uniquement perméable au K+.

• Des variations de concentrations ionique % membrane Des variations de concentrations ionique % membrane cellulaire : pompe Na-K ATPase (cellulaire : pompe Na-K ATPase ( Na , Na , K+). K+).


Compte tenu perméabilité sélective au K+ de la membrane Compte tenu perméabilité sélective au K+ de la membrane cellulaire, la ≠ potentiel transmembranaire au repos est liée cellulaire, la ≠ potentiel transmembranaire au repos est liée au gradient concentration de K+ % cette membrane.au gradient concentration de K+ % cette membrane.

potentiel électrochimique au K+ : équation de Nerst:potentiel électrochimique au K+ : équation de Nerst:

EK (potentiel d’équilibre) = RT/ZF × log Ke/KiEK (potentiel d’équilibre) = RT/ZF × log Ke/Ki R:R: constante gaz parfaits constante gaz parfaits T:T: température absolue température absolue Z:Z: valence valence F:F: nombre de Faraday nombre de Faraday Ke. KiKe. Ki (concentration extra et intracellulaire en K+) (concentration extra et intracellulaire en K+)

Majorité des cellules (myocytes, P) ont potentiel Majorité des cellules (myocytes, P) ont potentiel membranaire de repos très proche de EK membranaire de repos très proche de EK (( -90 mV). -90 mV).

Potentiel d’actionPotentiel d’action

Au repos, cellule cardiaque polarisée.Au repos, cellule cardiaque polarisée.

Lorsqu’elle est excitée (Lorsqu’elle est excitée ( électrique, mécanique, chimique), la surface cellulaire se électrique, mécanique, chimique), la surface cellulaire se dépolarise par modification transitoire perméabilité ionique dépolarise par modification transitoire perméabilité ionique PA: variation fonction PA: variation fonction temps potentiel membranaire temps potentiel membranaire courant électrique courant électrique contraction de la cellule. contraction de la cellule.


Phase 0:Phase 0: DépolarisationDépolarisationtend inverser polarisation tend inverser polarisation membranaire: ext (-), l’int (+)membranaire: ext (-), l’int (+)

Phase 1:Phase 1: Repolarisation initiale:Repolarisation initiale: rapide, rapide,brève et incomplète.brève et incomplète.

Phase 2:Phase 2: PlateauPlateaudépolarisation dépolarisation ± ± maintenuemaintenue

Phase3:Phase3:Repolarisation terminale:Repolarisation terminale: ± ± lente lente ramenant Em à valeur reposramenant Em à valeur repos

Phase 4:Phase 4: de repos:de repos: type cellules type cellules


Variations potentiel membranaire (Em) Variations potentiel membranaire (Em) modification modification

transitoire perméabilité ionique membrane transitoire perméabilité ionique membrane courants courants

ioniques trans-membranaires passifs ce qui requiert:ioniques trans-membranaires passifs ce qui requiert:

• Concentration différente de l’ion de chaque côté de la Concentration différente de l’ion de chaque côté de la membranemembrane

• Perméabilité membrane à ion considéré:Perméabilité membrane à ion considéré: ConductanceConductance Variable fonction Variable fonction niveau Em et tempsniveau Em et temps

Variations conductances fonction Em et temps

La phase ascendante PA :

• sous dépendance courants entrants dépolarisants INa, ICa

Le plateau, durée PA

• De courants entrants (ICa et I Na/Ca) qui ont tendance à maintenir le plateau et prolonger PA

Le retour Em vers valeur repos :

• De courants sortants repolarisants qui ont tendance à ramener le Em à sa valeur de repos différents courants K+

PA PA site d’enregistrement: site d’enregistrement: 2 types2 types

1/ 1/ PA calciques ou PA calciques ou réponses lentes: NS. NAVréponses lentes: NS. NAV

2/2/PA sodique ou PA sodique ou réponses rapides (P. A. V)réponses rapides (P. A. V)


1/ PA sodique ou réponses 1/ PA sodique ou réponses rapides (P. A. V)rapides (P. A. V)

• Potentiel repos: -90mVPotentiel repos: -90mV

• Potentiel seuil: -70mV Potentiel seuil: -70mV ouverture canaux Na+ ouverture canaux Na+ phase 0 phase 0 abrupte,ampleabrupte,ample

• À partir -40mV À partir -40mV ouverture ouverture canaux Ca++ lents canaux Ca++ lents entrée entrée passive Ca++ passive Ca++ plateau plateau

• Son inactivation et ouverture Son inactivation et ouverture canaux K+ canaux K+ sortie passive K+ sortie passive K+ repolarisation terminale repolarisation terminale


2/ PA calciques ou réponses 2/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAVlentes: NS. NAV

• Potentiel repos: -60mVPotentiel repos: -60mV

• Potentiel seuil: -40mVPotentiel seuil: -40mV

• Phase 0 (amplitude faible, Phase 0 (amplitude faible, ascension lente): entrée du ascension lente): entrée du courant calcique lent courant calcique lent

• Son inactivation et ouverture de Son inactivation et ouverture de canaux K+ canaux K+ repolarisation repolarisation

Propriétés des cellules Propriétés des cellules cardiaquescardiaques

Propriétés des cellules Propriétés des cellules cardiaquescardiaques

Trois propriétés essentielles :

• Excitabilité

• Automatisme

• Propagation de l’excitation

Excitabilité

Potentiel seuil (PS):Potentiel seuil (PS):

PS:PS: Valeur de Em permettant l’ouverture: Valeur de Em permettant l’ouverture:

• Des canaux sodiques (réponse rapide) = -70mVDes canaux sodiques (réponse rapide) = -70mV• Des canaux calciques (réponse lente) = -40mV Des canaux calciques (réponse lente) = -40mV

Seuil d’excitabilité:Seuil d’excitabilité: l’intensité courant nécessaire et l’intensité courant nécessaire et suffisante pour obtenir une réponse suffisante pour obtenir une réponse dépolarisation cellulaire jusqu’au PSdépolarisation cellulaire jusqu’au PS

ExcitabilitéExcitabilité

• S1. S2. S3. trois extrastimuli d’intensité croissante

• Seul S3 dépolarise suffisament membrane atteinte du PS PA

Cycle d’excitabilitéCycle d’excitabilitépériodes réfractairespériodes réfractaires

Pendant grande partie du PA, cellule est inexcitable Pendant grande partie du PA, cellule est inexcitable l’intensité du stimulus: l’intensité du stimulus: période réfractaire absoluepériode réfractaire absolue canaux Na+ et Ca++ fermés.canaux Na+ et Ca++ fermés.

La réactivation de ces canaux dépend Em et temps La réactivation de ces canaux dépend Em et temps

• Cellules à réponses rapides (PA Na+): régénération d’un Cellules à réponses rapides (PA Na+): régénération d’un nouveau PA: Em proche de -50 mV.nouveau PA: Em proche de -50 mV.

• Cellules à réponses lentes, le cycle d’excitabilité dépend plutôt Cellules à réponses lentes, le cycle d’excitabilité dépend plutôt du temps que du niveau du Em. (réactivation gCa très lente)du temps que du niveau du Em. (réactivation gCa très lente)

Pour des Em proches de Pour des Em proches de -50mV-50mV les PA: les PA:

Obtenus pour des intensités supra-liminairesObtenus pour des intensités supra-liminaires

Leurs vitesse d’ascension et amplitude sont faibles Leurs vitesse d’ascension et amplitude sont faibles (réponses lentes: canaux Ca++ seulement utilisables)(réponses lentes: canaux Ca++ seulement utilisables)

À mesure que se poursuit repolarisation À mesure que se poursuit repolarisation réactivation réactivation gNa gNa amplitude et vitesse d’ascension PA de + en + amplitude et vitesse d’ascension PA de + en + jusqu’à restauration réponse normale jusqu’à restauration réponse normale Période réfractaire relative (PRR)Période réfractaire relative (PRR)

Cycle d’excitabilitéCycle d’excitabilitépériodes réfractairespériodes réfractaires

PRA: aucune réponse même locale n’est obtenue intensité stimulus

PRE: aucune réponse propagée n’est obtenue

PRR: située entre la fin PRA et retour excitabilité normale (PA: réponse lente ou réponses rapides déprimées selon niveau Em auquel sont générées)

TRT (temps récupération totale): Quand Em retrouve valeur de repos

Courbe de Weidmann: relie vit d’ascension / Em (max -90mV)

Périodes réfractairesPériodes réfractaires

Hétérogénéité des périodes réfractairesHétérogénéité des périodes réfractaires

PR PR ~~ physiologiquement: physiologiquement:

jonction sino-auriculaire jonction sino-auriculaire >> NAV NAV >> fibres purkinje fibres purkinje

Sans conséquence quand rythme normal (durée du Sans conséquence quand rythme normal (durée du cycle cardiaque est très > PR les plus longues)cycle cardiaque est très > PR les plus longues)

Dangereuses en cas d’activité prématurée.Dangereuses en cas d’activité prématurée.

Adaptation des périodes réfractairesAdaptation des périodes réfractaires

Durée PA et PR varient fonction longueur cycle précédentDurée PA et PR varient fonction longueur cycle précédent

avec diastole longueavec diastole longue

avec diastole courte (avec diastole courte (l’encochel’encoche par inhibition de Ito) par inhibition de Ito)

Périodes réfractairesPériodes réfractaires

Automatisme

Automatisme Automatisme

Cellule automatique :Cellule automatique : Em présente pente dépolarisation Em présente pente dépolarisation

diastolique (phase 4) diastolique (phase 4) PS atteint spontanément : PS atteint spontanément :

Physiologique: cellules NS, NAVPhysiologique: cellules NS, NAV

pathologique : myocytes A. V pathologique : myocytes A. V automatisme anormal automatisme anormal

Pente dépolarisation diastolique

Mécanismes ioniquesMécanismes ioniques

• Courant entrant essentiellement Courant entrant essentiellement sodique (courant pacemaker : IF)sodique (courant pacemaker : IF) qui participe à la phase initiale de la qui participe à la phase initiale de la pente de dépolarisation diastolique)pente de dépolarisation diastolique)

• Courant K+ retardé iK qui se désactive lentement en diastole contribuant à dépolarisation spontanée cellule

• Courant calcique rapide ICaT qui s’active à la fin de la phase 4

AutomatismeAutomatisme

Normalement les cellules automatiques se dépolarisent Normalement les cellules automatiques se dépolarisent spontanément et spontanément et rythmiquement.rythmiquement.

Plus leur pente de dépolarisation diastolique est forte plus le PS est Plus leur pente de dépolarisation diastolique est forte plus le PS est atteint et plus la fréquence de décharge est élevée.atteint et plus la fréquence de décharge est élevée.

Cellules du nœud sinusal:Cellules du nœud sinusal:

• Automatisme le + rapide (70bpm)Automatisme le + rapide (70bpm)

• Commendent rythme cardiaqueCommendent rythme cardiaque

« pacemaker » physiologique« pacemaker » physiologique déclenchant les PA des fibres déclenchant les PA des fibres automatiques sous-jacentes (nodo-hisiennes et de purkinje) avant automatiques sous-jacentes (nodo-hisiennes et de purkinje) avant que leur pente de dépolarisation diastolique n’ait atteint le PS.que leur pente de dépolarisation diastolique n’ait atteint le PS.

Centres automatiques sous-jacents représentent : Centres automatiques sous-jacents représentent : « pacemakers » subsidiaires« pacemakers » subsidiaires s’extériorisant dans s’extériorisant dans conditions pathologiques (BSA, BAV) conditions pathologiques (BSA, BAV)

AutomatismeAutomatisme

Conduction

ConductionConduction

Voies de conduction:Voies de conduction:

L’influx électrique part L’influx électrique part du du NSNS dépolarisation dépolarisation oreillettesoreillettes voies voies conduction spécifiquesconduction spécifiques (NAV, HIS, Branches et (NAV, HIS, Branches et ramifications sous ramifications sous endocardiques : réseau endocardiques : réseau de purkinje de purkinje Activation Activation cellules ventriculaires cellules ventriculaires musculairesmusculaires

Conduction Conduction

La conduction d’une excitation électrique revêt dans le cœur La conduction d’une excitation électrique revêt dans le cœur des caractéristiques propres.des caractéristiques propres.

Fibre purkinje = câble électriqueFibre purkinje = câble électrique

• zone centrale résistance zone centrale résistance : : couplage intercellulairecouplage intercellulaire

• entourée gaine isolante à résistanceentourée gaine isolante à résistance: bicouche lipidique: bicouche lipidique

Couplage intercellulaireCouplage intercellulaire zones d’accolement des membranes de cellules voisines zones d’accolement des membranes de cellules voisines

« jonctions communicantes »« jonctions communicantes » ou ou « nexus »« nexus » constitués de constitués de canaux de structure protéique canaux de structure protéique « connexons »« connexons » permettant le permettant le passage de molécules ou d’ions d’une cellule à l’autre. passage de molécules ou d’ions d’une cellule à l’autre.

Connexons

Passage ions d’une cellule à l’autre (flux de courant passif ou électrotonus qui dépolarise membrane quiescente jusqu’à PS PA) Fonctionnement syncytial des cellules cardiaques

Assimiler un groupe de cellules voisine à une fibre

Mécanisme de la conduction de Mécanisme de la conduction de l’excitation électriquel’excitation électrique

Conduction Conduction

Vitesse de conductionVitesse de conduction

Dépend Dépend des propriétés électriques passives de des propriétés électriques passives de

la membranela membrane (nombre de connexons) (nombre de connexons) propagation passive ou électrotonique.propagation passive ou électrotonique.

Des caractéristiques des PADes caractéristiques des PA


Propriétés électriques passives membranePropriétés électriques passives membrane

propagation passive ou électrotonique: d’autant propagation passive ou électrotonique: d’autant meilleure que résistance interne des fibres est plus meilleure que résistance interne des fibres est plus faible (nombre de connexons faible (nombre de connexons et diamètre fibre et diamètre fibre ))

Fibres purkinje: gros Fibres purkinje: gros , densité de connexons , densité de connexons vitesse propagation vitesse propagation

caractéristiques des PAcaractéristiques des PA

Vitesse de conduction liée:Vitesse de conduction liée:

AmplitudeAmplitude

Vitesse maximale d’ascension phase 0 (corrélée au niveau Em au moment Vitesse maximale d’ascension phase 0 (corrélée au niveau Em au moment de genèse du PA)de genèse du PA)

Fibres purkinje très polarisées au repos conduisent Fibres purkinje très polarisées au repos conduisent rapidement.rapidement.

Au contraire, dans les cellules du NAV, partiellement Au contraire, dans les cellules du NAV, partiellement dépolarisées au repos (réponses lentes) l’onde d’activation dépolarisées au repos (réponses lentes) l’onde d’activation progresse lentement.progresse lentement.


Nombre de connexon, diamètre des fibres et PA

+++ his, purkinje: très polarisée au repos (vit max et amplitude PA ), densité de connexons la plus élevée et fibres de gros diamètre vitesse la + rapide: 100 - 500cm/s.


Caractéristiques de la conductionCaractéristiques de la conduction

L’anisotropie de conductionL’anisotropie de conduction

Différence des propriétés de conduction selon l’orientation Différence des propriétés de conduction selon l’orientation des fibres myocardiques.des fibres myocardiques.

Propagation influx cardiaque 3 à 5 fois + rapide dans le sens Propagation influx cardiaque 3 à 5 fois + rapide dans le sens longitudinal fibres myocardiques que dans sens transverse longitudinal fibres myocardiques que dans sens transverse (disques intercalaires connectent fibres bout à bout, ont une (disques intercalaires connectent fibres bout à bout, ont une résistance électrique très résistance électrique très surtout au niveau des nexus) surtout au niveau des nexus)

• propagation de l’influx plus rapide dans le sens longitudinal que propagation de l’influx plus rapide dans le sens longitudinal que transversal. transversal.

• mais blocage plus facile par une extrasystole dans le sens longitudinal mais blocage plus facile par une extrasystole dans le sens longitudinal que transversal: marge de sécurité « safety factor »que transversal: marge de sécurité « safety factor »

Influence du système nerveux Influence du système nerveux végétatifvégétatif

La stimulation sympathique ou l’administration de La stimulation sympathique ou l’administration de drogues à action bêta-adrénergique:drogues à action bêta-adrénergique:

vitesse de conductionvitesse de conduction• Accélération des pacemakers (Accélération des pacemakers ( pentes de pentes de

dépolarisation diastolique spontanée)dépolarisation diastolique spontanée)

La section des fibres sympathiques ou La section des fibres sympathiques ou l’administration de médicaments bêta-bloquants:l’administration de médicaments bêta-bloquants:

• Action inverseAction inverse

La stimulation parasympathique:La stimulation parasympathique:

fréquence sinusale (hyper-polarisation et fréquence sinusale (hyper-polarisation et pentes de pentes de dépolarisation diastolique spontanée)dépolarisation diastolique spontanée)

• Ralentissement de la conduction au niveau du NAVRalentissement de la conduction au niveau du NAV

La vagotomie ou l’injection d’atropine:La vagotomie ou l’injection d’atropine:

• Effets inversesEffets inverses

Influence du système nerveux Influence du système nerveux végétatifvégétatif

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