Électrophysiologie cardiaque Année universitaire 2005/2006

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

Introduction Fonction contractile cœur  assurée grâce activité électrique adaptée Activité électrique cellules cardiaques  PA de morphologies différentes Sommation dans l’espace et temps des PA  différentes ondes de l’ECG

Potentiel 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.

Potentiel de repos Différence de potentiel entre extérieur cellule chargée (+) et intérieur cellule chargée (-)  potentiel de repos qui dépend: 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+).

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: EK (potentiel d’équilibre) = RT/ZF × log Ke/Ki R: constante gaz parfaits T: température absolue Z: valence F: nombre de Faraday Ke. Ki (concentration extra et intracellulaire en K+) Majorité des cellules (myocytes, P) ont potentiel membranaire de repos très proche de EK ( -90 mV).

Potentiel d’action Au repos, cellule cardiaque polarisée. Lorsqu’elle 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.

Potentiel d’action Phase 0: Dépolarisation tend inverser polarisation membranaire: ext (-), l’int (+) 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

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

Variations conductances fonction Em et temps

Le retour Em vers valeur repos : 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  site d’enregistrement: 2 types 1/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAV 2/PA sodique ou réponses rapides (P. A. V)

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

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

Propriétés des cellules cardiaques

Propriétés des cellules cardiaques Trois propriétés essentielles : Excitabilité Automatisme Propagation de l’excitation

Excitabilité

Excitabilité Potentiel seuil (PS): PS: Valeur de Em permettant l’ouverture: Des canaux sodiques (réponse rapide) = -70mV Des canaux calciques (réponse lente) = -40mV Seuil d’excitabilité: l’intensité courant nécessaire et suffisante pour obtenir une réponse  dépolarisation cellulaire jusqu’au PS

S1. S2. S3. trois extrastimuli d’intensité croissante Seul S3 dépolarise suffisament membrane  atteinte du PS  PA

Cycle d’excitabilité périodes réfractaires Pendant grande partie du PA, cellule est inexcitable  l’intensité 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 d’un nouveau PA: Em proche de -50 mV. Cellules à réponses lentes, le cycle d’excitabilité dépend plutôt du temps que du niveau du Em. (réactivation gCa très lente)

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

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 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 d’activité prématurée.

Périodes réfractaires Adaptation des périodes réfractaires Durée PA et PR varient fonction longueur cycle précédent  avec diastole longue  avec diastole courte (l’encoche par inhibition de Ito)

Automatisme

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

Mécanismes ioniques 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 s’active à la fin de la phase 4

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.

Automatisme Cellules du nœud sinusal: Automatisme le + rapide (70bpm) 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 n’ait atteint le PS. Centres automatiques sous-jacents représentent : « pacemakers » subsidiaires s’extériorisant dans conditions pathologiques (BSA, BAV)

Conduction

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

Conduction La conduction d’une excitation électrique revêt dans le cœur des caractéristiques propres. Fibre purkinje = câble électrique zone centrale résistance  : couplage intercellulaire entourée gaine isolante à résistance: bicouche lipidique Couplage intercellulaire zones d’accolement des membranes de cellules voisines « jonctions communicantes » ou « nexus » constitués de canaux de structure protéique « connexons » permettant le passage de molécules ou d’ions d’une cellule à l’autre.

Mécanisme de la conduction de l’excitation électrique 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

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

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

Vitesse de conduction caractéristiques des PA Vitesse de conduction liée: Amplitude Vitesse maximale d’ascension 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) l’onde d’activation progresse lentement.

Nombre de connexon, diamètre des fibres et PA Vitesse de conduction 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 conduction L’anisotropie de conduction Différence des propriétés de conduction selon l’orientation 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 l’influx 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 »

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

Influence du système nerveux végétatif La stimulation parasympathique:  fréquence sinusale (hyper-polarisation et  pentes de dépolarisation diastolique spontanée) Ralentissement de la conduction au niveau du NAV La vagotomie ou l’injection d’atropine: Effets inverses