Physiologie cardiaque : de l’excitation à la contraction (1)

alain.hamon@univ-

angers.fr

L2 Sciences de la vie et géosciences semestre 4

Mise en évidence de l’automatisme cardiaque

liquide deperfusion

coeurisolé

stylet

Montage simple permettant

d’enregistrer les

contractions du cœur isolé

de grenouille

Chez les mammifères, le cœur isolé doit être

maintenu à 37°C et le LP (oxygéné et glucosé)

ne perfuse pas les cavités cardiaques mais les

vaisseaux coronaires.

carbogène

(95% 02 5% CO2)

LP

pompe

eau à 37°C

pompe

Localisation du centre d’automatisme chez la grenouille

La 1ère ligature de Stannius

Avant la ligature

sor

v

Après la ligature

Les ganglions intracardiaques

Remak

Ludwig

Bidder

Les battements du cœur ont-ils pour origine les neurones du

ganglion de Remak (théorie neurogène) ou les cellules

musculaires du sinus veineux (théorie myogène) ?

Après destruction localisée du ganglion de Remak, le cœur

continue de battre, ce qui n’est pas en accord avec la théorie

neurogène.

Conclusion :

le centre d’automatisme

se trouve dans le sinus

veineux

Hiérarchie entre centres d’automatisme chez la

grenouille

Le ventricule bat à une fréquence plus basse que l’ensemble sinus veineux-oreillettes, ce qui

met en évidence l’existence d’un centre d’automatisme secondaire dans la paroi ventriculaire

(ce n’est pas le ganglion de Bidder). Dans les conditions normales, le centre le plus rapide, situé

dans le sinus veineux, impose son rythme à l’ensemble du cœur.

VV

OR

10 s

La 3e ligature de Stannius

Le centre d’automatisme chez les mammifères : données

histologiques

nœud sinusal

nœud septal

L’observation microscopique de toutes les régions du cœur permet de découvrir 2 zones

particulères :

- le nœud sinusal ou sino-auriculaire, situé dans la paroi de l’OD, à la base de la veine cave

supérieure

- le nœud septal ou auriculo-ventriculaire, situé dans la cloison inter-auriculaire, du côté droit.

milieu interstitiel

myofibrilles

Ces 2 nœuds forment le tissu nodal. On y trouve des cellules musculaires pauvres en

myofibrilles, avec des espaces extracellulaires élargis.

Le centre d’automatisme chez les mammifères : données

histologiquesfaisceau de His

réseau de Purkinje

50 µmLe nœud AV se prolonge par le faisceau de His, qui se divise en deux branches dans la cloison

inter-ventriculaire. Le faisceau de His se prolonge par le réseau de Purkinje (prononcer :

"pourkinié").

Faisceau de His + réseau de Purkinje = tissu conducteur (fibres cylindriques de gros diamètre

vitesse de conduction élevée).

fibres de Purkinje

Le centre d’automatisme des mammifères : données

électrophysiologiques

ECG

Les PAs les plus précoces apparaissent dans le nœud sinusal : c’est l’entraîneur du cœur (pace-

maker). Noter également : 1) la longue durée des PAs cardiaques, leur forme variable selon les

zones explorées, 3) la présence ou non d’un potentiel de repos après le PA, 4) la

correspondance entre les PAs unitaires et l’activité électrique globale du cœur (ECG).

100 ms

P

Q

R

S

T

Hiérarchie entre centres d’automatisme chez les

mammifères

Observations chez un gros chien (FC = environ 75 battements /min comme chez l’homme) :

- le cœur isolé bat plus rapidement que le cœur en place : 120 bts/mn environ. Dans

l’organisme, le cœur subit donc un freinage permanent.

- après destruction sélective du nœud sinusal, la FC passe de 120 à 50 bts/mn. C’est le rythme

imposé par le nœud septal (centre d’automatisme secondaire).

- après destruction du nœud septal, le cœur s’arrête. Il repart parfois grâce aux cellules

automatiques (peu nombreuses) du faisceau de His. Dans ce cas, FC = 30 bts/mn.

nœud sinusal nœud septal faisceau de His

120 bts/mn 50 bts/mn 30 bts/mn

Dans les conditions normales, le centre le plus rapide impose son rythme à l’ensemble du cœur.

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque

Les cellules nodales sont caractérisées par l’absence de potentiel de repos stable. Après

chaque PA, la membrane se dépolarise spontanément. Quand le seuil d’excitation est atteint,

un nouveau PA est déclenché. Ces cellules sont dites auto-excitables.

- 60 mV

- 40 mV

0 mV

100 ms

phase 0 phase 3

seuil

d’excitation

phase 4

dépolarisation diastolique

(DD)

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque

LP (Ca++ = 2

mM)

LP + TTX LP (Ca++ = 0,2

mM)

Conclusion : la phase 0 n’est pas liée à un influx sodique mais à un influx calcique. Les canaux

responsables de cet influx ont une cinétique lente (canaux Ca de type L)

La repolarisation est liée à l’inactivation lente des canaux Ca L et à l’ouverture de canaux

potassiques.

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le

courant If

Vh = - 30 mV

- 45 mV- 55 mV- 65 mV- 75 mV

If

0,5 s

0,2 nA

I/Imax

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0-50-70-90-110 Vm (mV)

- If est activé (lentement) par des hyperpolarisations membranaires Funny !

- le canal responsable de If est perméable aux cations. PNa/PK = 4 : le courant est donc entrant,

ce qui induit une dépolarisation membranaire (quand on n’est pas en potentiel imposé)

- c’est un courant de faible amplitude aux potentiels membranaires physiologiques (cercle vert)

Mesures réalisées en potentiel imposé Courbe courant-potentiel

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le

courant If

Après blocage sélectif de If par l’ivabradine, la DD est ralentie la FC diminue.

En l’absence de If, il existe quand même une dépolarisation diastolique d’autres courants

interviennent.

contrôle If bloqué

- 60

- 40

- 20

- 0

+ 20

Vm (en mV)

temps (en s)0,2 0,4

- 60 mV

- 40 mV

0 mV

ICaT

ICaL

Ib

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le

courant I CaT

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le

courant I CaT

Canal Ca (L)

Canal Ca (T)

seuil d’activation

- 40 mV -50 mV

inactivation lente rapide

blocage par Ni2+ non oui

conductance 16 pS 8,5 pS

Quel est l’effet de Ni2+ sur la FC ?

200 ms

50 mV

contrôle Ni2+

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le

courant I K

- 60 mV

- 40 mV

0 mV

lente de IK

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : bilan

- 60 mV

- 40 mV

0 mV

100 ms

I Ca L I K

I K, If, ICa T

Il existe aussi des courants entrants de base, Ib Na et Ib Ca. Les canaux responsables de ces

courants sont ouverts en permanence et participent donc à la dépolarisation diastolique.