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Électrophysiologie cardiaque Année universitaire 2005/2006.

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1 Électrophysiologie cardiaque Année universitaire 2005/2006

2 Introduction Cellules cardiaques entourées membrane (bicouche lipidique) imperméable. Membrane traversée par structures protéiques hydrophiles : canaux ioniques qui lorsquils sont ouverts, laissent passer les ions genèse courant électrique. Chiffres: concentrations ioniques en mM Flèche: sens transports passifs Pompes: Na+-K+ et Na+-Ca++

3 Introduction Fonction contractile cœur assurée grâce activité électrique adaptée Activité électrique cellules cardiaques PA de morphologies différentes Sommation dans lespace et temps des PA différentes ondes de lECG

4 Potentiel de repos Au repos: La cellule est 30 fois plus concentrée en K+ à lintérieur. Elle est 10 fois plus concentrée en Na+ à lextérieur. [Ca++] e >>>>> à [Ca++] i.

5 Potentiel de repos Différence de potentiel entre extérieur cellule chargée (+) et intérieur cellule chargée (-) potentiel de repos qui dépend: potentiel de repos qui dépend: Des caractéristiques de membrane qui au repos est pratiquement uniquement perméable au K+.Des caractéristiques de membrane qui au repos est pratiquement uniquement perméable au K+. Des variations de concentrations ionique % membrane cellulaire : pompe Na-K ATPase ( Na, K+).Des variations de concentrations ionique % membrane cellulaire : pompe Na-K ATPase ( Na, K+).

6 Potentiel de repos Compte tenu perméabilité sélective au K+ de la membrane cellulaire, la potentiel transmembranaire au repos est liée au gradient concentration de K+ % cette membrane. potentiel électrochimique au K+ : équation de Nerst: potentiel électrochimique au K+ : équation de Nerst: EK (potentiel déquilibre) = RT/ZF × log Ke/Ki EK (potentiel déquilibre) = RT/ZF × log Ke/Ki R: constante gaz parfaits R: constante gaz parfaits T: température absolue T: température absolue Z: valence Z: valence F: nombre de Faraday F: nombre de Faraday Ke. Ki (concentration extra et intracellulaire en K+) Ke. Ki (concentration extra et intracellulaire en K+) Majorité des cellules (myocytes, P) ont potentiel membranaire de repos très proche de EK ( -90 mV).

7 Potentiel daction Au repos, cellule cardiaque polarisée. Lorsquelle est excitée ( électrique, mécanique, chimique), la surface cellulaire se dépolarise par modification transitoire perméabilité ionique PA: variation fonction temps potentiel membranaire courant électrique contraction de la cellule.

8 Potentiel daction Phase 0: Dépolarisation tend inverser polarisation membranaire: ext (-), lint (+) Phase 1: Repolarisation initiale: rapide, brève et incomplète. Phase 2: Plateau dépolarisation ± maintenue Phase3: Repolarisation terminale: ± lente ramenant Em à valeur repos Phase 4: de repos: type cellules

9 Potentiel daction Variations potentiel membranaire (Em) modification transitoire perméabilité ionique membrane courants ioniques trans-membranaires passifs ce qui requiert: Concentration différente de lion de chaque côté de la membrane Concentration différente de lion de chaque côté de la membrane Perméabilité membrane à ion considéré: Conductance Variable fonction niveau Em et temps Perméabilité membrane à ion considéré: Conductance Variable fonction niveau Em et temps

10 Variations conductances fonction Em et temps

11 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+

12 PA site denregistrement: 2 types 1/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAV 1/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAV 2/PA sodique ou réponses rapides (P. A. V) 2/PA sodique ou réponses rapides (P. A. V)

13 Potentiel daction 1/ PA sodique ou réponses rapides (P. A. V) Potentiel repos: -90mVPotentiel repos: -90mV Potentiel seuil: -70mV ouverture canaux Na+ phase 0 abrupte,amplePotentiel seuil: -70mV ouverture canaux Na+ phase 0 abrupte,ample À partir -40mV ouverture canaux Ca++ lents entrée passive Ca++ plateauÀ partir -40mV ouverture canaux Ca++ lents entrée passive Ca++ plateau Son inactivation et ouverture canaux K+ sortie passive K+ repolarisation terminaleSon inactivation et ouverture canaux K+ sortie passive K+ repolarisation terminale

14 Potentiel daction 2/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAV lentes: NS. NAV Potentiel repos: -60mV Potentiel repos: -60mV Potentiel seuil: -40mV Potentiel seuil: -40mV Phase 0 (amplitude faible, ascension lente): entrée du courant calcique lent Phase 0 (amplitude faible, ascension lente): entrée du courant calcique lent Son inactivation et ouverture de canaux K+ repolarisation Son inactivation et ouverture de canaux K+ repolarisation

15 Propriétés des cellules cardiaques

16 Trois propriétés essentielles : Excitabilité Automatisme Propagation de lexcitation

17 Excitabilité

18 Potentiel seuil (PS): PS: Valeur de Em permettant louverture: Des canaux sodiques (réponse rapide) = -70mVDes canaux sodiques (réponse rapide) = -70mV Des canaux calciques (réponse lente) = -40mVDes canaux calciques (réponse lente) = -40mV Seuil dexcitabilité: lintensité courant nécessaire et suffisante pour obtenir une réponse dépolarisation cellulaire jusquau PS Excitabilité

19 S1. S2. S3. trois extrastimuli dintensité croissante Seul S3 dépolarise suffisament membrane atteinte du PS PA

20 Cycle dexcitabilité périodes réfractaires Pendant grande partie du PA, cellule est inexcitable lintensité du stimulus: période réfractaire absolue canaux Na+ et Ca++ fermés. La réactivation de ces canaux dépend Em et temps Cellules à réponses rapides (PA Na+): régénération dun nouveau PA: Em proche de -50 mV. Cellules à réponses rapides (PA Na+): régénération dun nouveau PA: Em proche de -50 mV. Cellules à réponses lentes, le cycle dexcitabilité dépend plutôt du temps que du niveau du Em. (réactivation gCa très lente) Cellules à réponses lentes, le cycle dexcitabilité dépend plutôt du temps que du niveau du Em. (réactivation gCa très lente)

21 Pour des Em proches de -50mV les PA: Obtenus pour des intensités supra-liminaires Leurs vitesse dascension et amplitude sont faibles (réponses lentes: canaux Ca++ seulement utilisables) À mesure que se poursuit repolarisation réactivation gNa amplitude et vitesse dascension PA de + en + jusquà restauration réponse normale Période réfractaire relative (PRR) Cycle dexcitabilité périodes réfractaires

22 PRA: aucune réponse même locale nest obtenue intensité stimulus PRE: aucune réponse propagée nest 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 dascension / Em (max -90mV)

23 Périodes réfractaires Hétérogénéité des périodes réfractaires PR ~ physiologiquement: jonction sino-auriculaire > NAV > fibres purkinje Sans conséquence quand rythme normal (durée du cycle cardiaque est très > PR les plus longues) Dangereuses en cas dactivité prématurée.

24 Adaptation des périodes réfractaires Durée PA et PR varient fonction longueur cycle précédent avec diastole longue avec diastole longue avec diastole courte (lencoche par inhibition de Ito) avec diastole courte (lencoche par inhibition de Ito) Périodes réfractaires

25 Automatisme

26 Automatisme Cellule automatique : Em présente pente dépolarisation diastolique (phase 4) PS atteint spontanément : Physiologique: cellules NS, NAV pathologique : myocytes A. V automatisme anormal Pente dépolarisation diastolique

27 Mécanismes ioniques Courant entrant essentiellement Courant entrant essentiellement sodique (courant pacemaker : IF) qui participe à la phase initiale de la pente de dépolarisation diastolique) Courant K+ retardé iK qui se désactive lentement en diastole contribuant à dépolarisation spontanée cellule Courant calcique rapide ICaT qui sactive à la fin de la phase 4

28 Automatisme Normalement les cellules automatiques se dépolarisent spontanément et rythmiquement. Plus leur pente de dépolarisation diastolique est forte plus le PS est atteint et plus la fréquence de décharge est élevée.

29 Cellules du nœud sinusal: Automatisme le + rapide (70bpm) Automatisme le + rapide (70bpm) Commendent rythme cardiaque Commendent rythme cardiaque « pacemaker » physiologique déclenchant les PA des fibres automatiques sous-jacentes (nodo-hisiennes et de purkinje) avant que leur pente de dépolarisation diastolique nait atteint le PS. « pacemaker » physiologique déclenchant les PA des fibres automatiques sous-jacentes (nodo-hisiennes et de purkinje) avant que leur pente de dépolarisation diastolique nait atteint le PS. Centres automatiques sous-jacents représentent : « pacemakers » subsidiaires sextériorisant dans conditions pathologiques (BSA, BAV) Automatisme

30 Conduction

31 Conduction Voies de conduction: Linflux électrique part du NS dépolarisation oreillettes voies conduction spécifiques (NAV, HIS, Branches et ramifications sous endocardiques : réseau de purkinje Activation cellules ventriculaires musculaires

32 Conduction La conduction dune excitation électrique revêt dans le cœur des caractéristiques propres. Fibre purkinje = câble électrique zone centrale résistance : couplage intercellulaire zone centrale résistance : couplage intercellulaire entourée gaine isolante à résistance : bicouche lipidique entourée gaine isolante à résistance : bicouche lipidique Couplage intercellulaire zones daccolement des membranes de cellules voisines « jonctions communicantes » ou « nexus » constitués de canaux de structure protéique « connexons » permettant le passage de molécules ou dions dune cellule à lautre. zones daccolement des membranes de cellules voisines « jonctions communicantes » ou « nexus » constitués de canaux de structure protéique « connexons » permettant le passage de molécules ou dions dune cellule à lautre.

33 Connexons Passage ions dune cellule à lautre (flux de courant passif ou électrotonus qui dépolarise membrane quiescente jusquà PS PA) Fonctionnement syncytial des cellules cardiaques Assimiler un groupe de cellules voisine à une fibre Mécanisme de la conduction de lexcitation électrique

34 Conduction Vitesse de conduction Dépend des propriétés électriques passives de Dépend des propriétés électriques passives de la membrane (nombre de connexons) propagation passive ou électrotonique. la membrane (nombre de connexons) propagation passive ou électrotonique. Des caractéristiques des PA Des caractéristiques des PA

35 Vitesse de conduction Propriétés électriques passives membrane propagation passive ou électrotonique: dautant meilleure que résistance interne des fibres est plus faible (nombre de connexons et diamètre fibre ) Fibres purkinje: gros, densité de connexons Fibres purkinje: gros, densité de connexons vitesse propagation vitesse propagation

36 caractéristiques des PA Vitesse de conduction liée: Amplitude Vitesse maximale dascension phase 0 (corrélée au niveau Em au moment de genèse du PA) Fibres purkinje très polarisées au repos conduisent rapidement. Au contraire, dans les cellules du NAV, partiellement dépolarisées au repos (réponses lentes) londe dactivation progresse lentement. Vitesse de conduction

37 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: cm/s. Vitesse de conduction

38 Caractéristiques de la conduction Lanisotropie de conduction Différence des propriétés de conduction selon lorientation des fibres myocardiques. Propagation influx cardiaque 3 à 5 fois + rapide dans le sens longitudinal fibres myocardiques que dans sens transverse (disques intercalaires connectent fibres bout à bout, ont une résistance électrique très surtout au niveau des nexus) propagation de linflux plus rapide dans le sens longitudinal que transversal. propagation de linflux plus rapide dans le sens longitudinal que transversal. mais blocage plus facile par une extrasystole dans le sens longitudinal que transversal: marge de sécurité « safety factor » mais blocage plus facile par une extrasystole dans le sens longitudinal que transversal: marge de sécurité « safety factor »

39 Influence du système nerveux végétatif La stimulation sympathique ou ladministration de drogues à action bêta-adrénergique: vitesse de conduction vitesse de conduction Accélération des pacemakers ( pentes de dépolarisation diastolique spontanée) Accélération des pacemakers ( pentes de dépolarisation diastolique spontanée) La section des fibres sympathiques ou ladministration de médicaments bêta-bloquants: Action inverse Action inverse

40 La stimulation parasympathique: fréquence sinusale (hyper-polarisation et pentes de dépolarisation diastolique spontanée) fréquence sinusale (hyper-polarisation et pentes de dépolarisation diastolique spontanée) Ralentissement de la conduction au niveau du NAV Ralentissement de la conduction au niveau du NAV La vagotomie ou linjection datropine: Effets inverses Effets inverses Influence du système nerveux végétatif


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