Stage de Pré Rentrée 2011

Electrophysiologie

Séance préparée par Victor GATTO (ATM²)

ELECTROPHYSIOLOGIEI. Electrocinétique (charges électriques se déplaçant dans un milieu

conducteur créant un courant électrique.)

I.1. L'intensité du courant

I.2. Résistance électrique

I.3. La loi des noeuds de Kirchoff

I.4 Résistance en série/parallèle, notion de résistance équivalente

II. Electrophysiologie (étude de l'électricité produite par les êtres vivants)

II.1. Dépolarisation/repolarisation des cellules excitables

II.2. Potentiel électrique crée à distance à par une cellule excitable

III. Electrocardiographie (enregistrement de l'activité électrique du coeur)

III.1. Les dérivations

III.2. La fréquence cardiaque

Ce cours d'électrophysiologie traité par Mr Faurous a fait l'objet d'une seule question l'an dernier au concours parmi les 20 d'UE3-1, il n'est néanmoins pas à négliger (comme n'importe quel cours) car il se pourrait qu'il y en ait plus cette année!

I. Electrocinétique I.1. Intensité du courant

L ’intensité i (en Ampère) correspond au nombre de charges (en Coulomb) qui traversent une section droite de conducteur par unité de temps (en seconde).

I=dq/dt

L'intensité est mesurée avec un ampèremètre branché en série dans le circuit.

Le courant électrique va dans le sens des potentiels décroissants (convention). C ’est l ’inverse du sens de déplacement des électrons.

Il existe deux types de courant:

-Le courant continu, intensité notée I constante au cours du temps.

-Le courant alternatif, intensité notée i varie selon une fonction sinusoïdale.

I.2. Résistance électrique

Elle est due au passage des électrons dans le conducteur. Ceux-ci se heurtent aux électrons du conducteur qui les freinent. On a alors un dégagement de chaleur et une limitation de l’intensité.

Si une portion de circuit ne consomme de l ’énergie électrique que par sa résistance, alors la d.d.p. U (en Volt) et I (en Ampère) sont directement proportionnelles et liéés par une constance de proportionnalité appelée résistance, notée R et exprimée en Ohm ( ):

loi d ’Ohm: U=RI

Pour mesurer une tension on utilise un voltmètre branché en dérivation, aux bornes du dipôle.

Remarque: Dans un circuit idéalement conducteur, c’est-à-dire sans résistance, il n'y a pas de d.d.p.

Application biologique: Le passage de courant électrique d’origine externe dans le corps s'appelle électrisation, si le sujet meurt alors c'est une électrocution.

Quelques chiffres: - L ’intensité maximale tolérable est de 5 mA.

- On lâche prise dès 8 mA

- Au dessus de 10 mA on a des spasmes musculaires

- Au dessus de 50 mA il y a risque vital car fibrillation ventriculaire

La résistance du corps est d ’environ 106 Ohm, elle n’est plus que de 103

Ohm si le corps est mouillé!

Origine de la résistance d'un fil conducteur:

• Soit un fil conducteur cylindrique et homogène, de longueur L et de surface de section S, sa résistance vaut alors :

R=ρ. L/S

• ρ est un coefficient de proportionnalité qui dépend de la nature du conducteur, et que l'on appelle résistivité.

Conséquence de la loi d'Ohm: L'effet Joule

Les chocs entre électrons libèrent de la chaleur (perte énergie électrique) selon la loi suivante :

ΔQ (en Joule) = RI²ΔT

(principe du grille-pain)

I.QCM 1.

Soit un fil de cuivre de section S=10cm² et de longueur L=10m. La tension aux bornes du fil est de 230V. En une seule seconde 6,25.1019 électrons traversent le fil.

Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont exactes?

a) L'intensité I est égale à 10A

b) La résistance R est égale à 2300 Ohm

c) La résistivité ρ est égale à 2,3. 10-2 ω.m-1

d) La puissance dissipée par effet Joule sous forme de chaleur est égale à 2300W

e) Si un individu touche ce fil et la terre en même temps, il y a danger de mort

f) Toutes les propositions précédentes sont fausses

I.3. Loi des noeuds de Kirchoff

Un point O est appelé noeud lorsque qu'au moins 2 fils conducteurs se rencontrent en ce point:

- Il n'y a alors pas d'accumulation d'électricité en O,

-le nombre de charges qui arrivent en O (somme des intensités qui arrivent) est égal au nombre de charges qui en repartent (somme des intensités qui en repartent) dans le même intervalle de temps.

Sur le schéma ci-dessous, la relation suivante est vérifiée: Ia+Ib = Ic+Id

I.4. Résistance en série/parallèle, notion de résistance équivalente

• Soit deux résistances R1 et R2 montées en série (c'est-à-dire l'une après l'autre) entre deux points A et C d'un fil conducteur et soumise à une d.d.p Va-Vc, on appelle résistance équivalente R la résistance qui mise à la place des précédentes entre A et C ne provoquent pas de modification de l'intensité I.

On a dans ce cas :R=R1+R2

• Si maintenant on branche les résistances R1 et R2 en parallèle (c'est-à-dire l'une à côté de l'autre) entre deux point A et B d’un conducteur soumis à une d.d.p Va-Vb.

On a dans ce cas: 1/R=1/R1+1/R2

L’intensité I du courant électrique se répartit en deux intensités I1 et I2 respectivement dans les branches du circuit de résistances R1 et R2 de sorte que (loi de Kirchoff) I=I1+I2

II. Electrophysiologie

Toutes les cellules du corps humains sont polarisées, c'est-à-dire qu'il existe une d.d.p. entre la face externe et la face interne de la membrane cellulaire. La face externe est chargée positivement, la face interne négativement.

II.1. Dépolarisation/repolarisation des cellules excitables.

Dépolarisation: Il s’agit d’une inversion de polarité (due à une entrée d’ion positifs dans le cellule). La d.d.p. Vint-Vext est alors transitoirement >0.

Certaines cellules dites excitables comme les cellules myocardiques, nerveuses ou musculaires sont capables de se dépolariser sous l’effet d’un stimulus d’intensité suffisante.

Dans ces conditions, après l’excitation, un front de dépolarisation (ou front d’excitation), sépare la partie excitée et la partie au repos et se propage d’un bout à l’autre de la cellule, jusqu’à ce que l’inversion de polarité ait gagné toute la cellule.

Repolarisation: Il y a ensuite une repolarisation de la cellule : le front de repolarisation (ou front de désexcitation) balaye la cellule d’un bout à l’autre et celle-ci se retrouve ensuite dans son état initial de cellule polarisée au repos.

Dépolarisation Repolarisation

II.2. Potentiel électrique produit à distance par une cellule excitable

Cette partie est imagée mais la démonstration rigoureuse est trop complexe et trop longue pour être traitée lors du SPR. Elle sera démontrée par le professeur pendant l'année, ou un tuteur à la fin de la séance... Retenez pour l'instant le principe qui est la base des enregistrement en électrophysiologie.

Un dipôle est constitué de deux charges +q et -q séparées d'une distance L quelconque. On lui associe un moment dipolaire M.

Potentiel électrique crée à distance d'un dipôle: Soit un point P quelconque de l'espace situé à distance de +q et -q.

Le potentiel en P dû au dipôle est égal à la somme des potentiels en P dus à chacune des charges qui le constituent. Il est proportionnelle à la projection du vecteur M sur l’axe OP.

• Toute cellule en cours de dépolarisation ou de repolarisation produit, en un point P situé à distance, un potentiel électrique analogue à celui d’un dipôle dont le moment M a son origine au milieu du front de propagation et est toujours orienté de la partie excitée vers la partie au repos.

• La valeur du vecteur M augmente jusqu’à atteindre sa valeur maximale à mi-cellule et diminue ensuite pour s’annuler en fin de dé ou repolarisation.

Schéma d’un dipôle:

Soient Vp le potentiel enregistré au point P, M le moment dipolaire, Up le vecteur de direction OP.

On note:

- O le milieu du front de dépolarisation,

- d la distance OP et

- K/ε une constante.

Vp =²

.

² d

UM

k

d

)Mcos(

k p

Le potentiel enregistré aura un signe qui dépend de l’ angle entre M et UP.

La position de l'électrode P influera sur le signe du potentiel.

• Lorsque le front de dépolarisation se dirige vers une électrode placée en P, le potentiel enregistré en P est positif.

• Lorsque le front de dépolarisation s’éloigne de P le potentiel enregistré en P est négatif.

• C’est évidemment le contraire pour le front de repolarisation : lorsqu’il s’approche de P le potentiel en P est négatif ; lorsqu’il s’éloigne de P le potentiel en P est positif.

III. Electrocardiographie

On ne parlera pas durant cette séance d'une partie très importante qui est l'activité électrique du coeur (son origine, ses variations, son interprétation, l'axe du coeur...). La séance est trop courte pour tout traiter et pour la majorité d'entre vous il serait trop difficile et inutile de tout assimiler maintenant. Les bases énoncées pendant toute cette séance vous permettront de dégrossir le travail!

III.1. Les dérivations

• L'activité électrique du coeur est à l'origine d'une d.d.p. variant de façon cyclique au cours du temps et qui peut être enregistrée entre deux points de l'organisme correctement choisis.

• L'enregistrement de l'activité électrique du coeur constitue l'électrocardiogramme (ECG).

• Le temps est mesuré horizontalement et la d.d.p. dans les dérivations est mesurée verticalement.

On définit (et place les électrodes aux endroits indiqués sur ci-dessous):

Les 6 dérivations périphériques: D1, D2, D3, VR (électrode au poignet droit), VL (poignet gauche), VF (cheville gauche) dont les électrodes sont réparties dans le plan frontal, aux extrémités des membres.

– VR, VL et VF sont des dérivations unipolaires, on enregistre la d.d.p. électrique entre une des trois électrodes précédentes et un point dont le potentiel reste nul à tout instant appelé la borne centrale de Wilson.

VR+VL+VF = 0

Ces dérivations doivent être amplifiées par un facteur a=1,5 pour pouvoir être comparée aux dérivations bipolaires (amplifiées de .)

On a donc aVF=1,5VF, aVL=1,5VL et aVR=1,5VR

– D1, D2 et D3 sont des dérivations bipolaires aussi appelées dérivations standard.

• D1 est la d.d.p. « poignet gauche moins poignet droit » ; D1 = VL – VR

• D2 est la d.d.p. « cheville gauche moins poignet droit » ; D2 = VF – VR

• D3 est la d.d.p. « cheville gauche moins poignet gauche » ; D3 = VF – VL

Conséquence: D1 + D3 = ( VL – VR ) + ( VF – VL ) =VF – VR= D2

3

III.QCM 2

Au cours d’une dépolarisation ventriculaire, vous obtenez les enregistrements ECG, à un temps t, aVF = 1,5 mV et DIII = 0 mV,

Vous en déduisez :

A)DI =3mV B) VR = - 3 mV C) VL = 1,5 mV D) DII = 3 mV E) DI=2mV

F) Toutes les propositions précédentes sont fausses.

Les 6 dérivations précordiales: V1 à V6 dont les électrodes sont réparties dans le plan transversal, sur le thorax, à hauteur du cœur.

En pratique, toute dérivation, qu’elle soit périphérique ou précordiale, correspond à un point de vue à partir duquel on observe le cœur. Si l’on joint ce point d’observation avec un point centré sur le cœur, on définit un axe d’observation qui caractérise cette dérivation, et que l’on convient d’orienter vers l’observateur.

Ce système d’axes, situés dans le plan frontal forme les 6 axes Bailey.

III.2 La fréquence cardiaqueLa fréquence cardiaque: Elle fait partie des tous premiers paramètres à observer, chez l'adulte.

• La fréquence cardiaque normale se situe entre 60 et 100 battements par minute (bpm) avec une moyenne de 72 bpm.

• Au dessous de l'intervalle on parle de bradycardie et au dessus de tachycardie.

Sur un ECG, un millimètre correspond à un petit carreau et vaut 0,04s.

La durée d’un cycle cardiaque correspond à n petits carreaux qui peuvent être comptés sur l’intervalle RR, c'est-à-dire l’intervalle entre deux ondes R (les ondes positives les mieux visibles).

Une minute correspond à 1 500 petits carreaux, par conséquent si la valeur de n est stable, la fréquence cardiaque vaut f=1500/n bpm.

Si le cœur est régulier, le nombre de battements cardiaques par minute est égal à 1500 divisé par le nombre de petits carreaux n qui séparent deux ondes R successives.

Si l'on compte les grand carreaux (5mm) alors f=300/k bpm où k est le nombre de grands carreaux entre deux ondes R.