Physiologie cardiaque : de l’excitation à la contraction (1) L2 Sciences de la vie et géosciences semestre 4 Physiologie cardiaque : de l’excitation à la contraction (1) alain.hamon@univ-angers.fr

Mise en évidence de l’automatisme cardiaque liquide de perfusion coeur isolé stylet 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 Montage simple permettant d’enregistrer les contractions du cœur isolé de grenouille

Localisation du centre d’automatisme chez la grenouille v or s Conclusion : le centre d’automatisme se trouve dans le sinus veineux Avant la ligature Après la ligature La 1ère ligature de Stannius 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.

Hiérarchie entre centres d’automatisme chez la grenouille La 3e ligature de Stannius V 10 s V OR 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.

Le centre d’automatisme chez les mammifères : données histologiques nœud sinusal milieu interstitiel myofibrilles Ces 2 nœuds forment le tissu nodal. On y trouve des cellules musculaires pauvres en myofibrilles, avec des espaces extracellulaires élargis. 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.

Le centre d’automatisme chez les mammifères : données histologiques fibres de Purkinje faisceau de His réseau de Purkinje 50 µm Le 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).

Le centre d’automatisme des mammifères : données électrophysiologiques 100 ms R P T ECG Q S 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).

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 - 60 mV - 40 mV 0 mV 100 ms phase 0 phase 3 seuil d’excitation phase 4 dépolarisation diastolique (DD) 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.

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 Mesures réalisées en potentiel imposé Courbe courant-potentiel 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)

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le courant If contrôle If bloqué - 60 - 40 - 20 - 0 + 20 Vm (en mV) temps (en s) 0,2 0,4 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.

Mécanismes cellulaires de l’automatisme cardiaque : le courant I CaT - 60 mV - 40 mV 0 mV Ib ICaT ICaL

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 I Ca L I K 0 mV - 40 mV - 60 mV I K, If, ICa T 100 ms 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.