L’activité électrique des cellules Cellules myocardiques Chapitre 4 : Electrocardiogramme Rappel Anatomique Fonction du tissus nodal Propagation de l’influx nerveux L’activité électrique des cellules Cellules myocardiques Cellules nodales Période réfractaire Electrocardiographie Rappels sur l’électrostatique Notion de feuillet électrostatique et de dipôle cardiaque

Activité électrique du cœur L’activité électrique du cœur est générée par un ensemble de cellule excitable. Certaines de ces cellules ont une activité « pace maker », Les cellules cardiaques sont organisée en réseaux L’ensemble produit le rythme cardiaque automatique L’activité électrique de cet ensemble de réseaux électrique cardiaque peut être enregistré à distance par des électrodes placées sur la peau, c’est l’électrocardiogramme. L’activité électrique cardiaque est très semblable d’un individu à l’autre L’analyse de l’électrocardiogramme permet de diagnostiquer certaines pathologies cardiaques associé à des désordres des propriétés électriques du réseau cardiaque. Il est aussi possible de suivre l’évolution de certaines pathologies et d’évaluer l’éfficacité thérapeutique.

Rappel anatomique Oreillette droite Oreillette gauche Ventricule gauche Ventricule droit

Tissus Nodal Tissus myocardique Nœud sinusal (Nœud de Keith et Flack) Nœud auriculo-ventriculaire (nœud d’Aschoff-Tawara) Tronc su faisceau de Hiss Branche droite du faisceau de Hiss Branche gauche du faisceau de Hiss Tissus myocardique Fonction Le tissus Nodal : Elaboration de l’influx nerveux et de sa propagation vers le tissus myocardique, à l’origine du rythme cardiaque Le tissus myocardique : Tissus musculaire à l’origine de la contraction

Tissus Nodal Tissus myocardique ECG Nœud sinusal (Nœud de Keith et Flack) Nœud auriculo-ventriculaire (nœud d’Aschoff-Tawara) Tronc su faisceau de Hiss Branche droite du faisceau de Hiss Branche gauche du faisceau de Hiss Tissus myocardique ECG Propagation L’influx nait au niveau du nœud sinusal et provoque la contraction du myocarde auriculaire. Il se propage au nœud auriculo-ventriculaire avec une latence de 0.15sec

Tissus Nodal Tissus myocardique ECG Nœud sinusal (Nœud de Keith et Flack) Nœud auriculo-ventriculaire (nœud d’Aschoff-Tawara) Tronc du faisceau de Hiss Branche droite du faisceau de Hiss Branche gauche du faisceau de Hiss Tissus myocardique ECG Propagation (suite) Il se propage au tronc du faisceau de Hiss puis dans ses branches puis au niveau des cellules du myocarde ventriculaire par le réseau de purkinje. Le myocarde auriculaire est séparé du myocarde ventriculaire par un anneau fibreux permettant d’isoler ces deux myocardes électriquement Les délais sont liés aux vitesses de conductions élevées 4m/sec et au délai de 0.15 sec entre nœud sinusal et nœud auriculo-ventriculaire

Comparaison PA fibres myocardiques et PA neurones L’activité électrique des cellules Les cellules myocardiques Ce sont des éléments excitables - Potentiel de repos : -90 mV - Potentiel d’action : Plateau Liées entre elles par des gaps junctions -90mv 0 : Ouverture des canaux Na rapide 1: fermeture des canaux Na rapide 2: Entrée de Ca et de Na par des canaux lents 3 : Sortie de K+ 4 : Pompe Na/K Comparaison PA fibres myocardiques et PA neurones 4 msec

Relation Fibre myocardiques et ECG L’activité électrique des cellules Les cellules myocardiques Ce sont des éléments excitables - Potentiel de repos : -90 mV - Potentiel d’action : Plateau Relation Fibre myocardiques et ECG

Action potential in nodal cells Action potential in nodal cells. The action potential of nodal conduction system cells differs in phase 4 from a cardiomyocyte action potential (upper panel). The relevant ion currents are pictured crossing the cell membrane (middle). A slow upstroke phase replaces the stable resting phase 4, allowing the cell to spontaneously depolarize. The initial upstroke is caused by calcium instead of sodium influx. The corresponding electrocardiographic ventricular activity is shown below.

Relation ECG, Potentiel d’action de fibres myocardiques et contraction musculaire

Cellules nodale Potentiel de membrane instable avec dépolarisation lente pendant la diastole qui est l’origine de l’automatisme cardiaque (diminution progressive de la perméabilité au K et donc de la sortie de K+ et adaptation du potentiel de membrane Phase 0 : Canaux Ca (au lieu de Na) 0 : Ouverture des canaux Na rapide 1: fermeture des canaux Na rapide 2: Entrée de Ca et de Na par des canaux lents 3 : Sortie de K+ 4 : Pompe Na/K -90 mV ECG

Notion de période réfractaire Pour la cellule nodale, il existe une période réfractaire qui augmente avec la fréquence de stimulation On distingue 3 périodes réfractaires intéressantes: - La période réfractaire absolue: Période pendant laquelle quel que soit le stimulus, il n'y a aucun effet cellulaire. - La période réfractaire effective: Période (qui nous intéresse en pratique) incluant la P.R.A., on y ajoute une phase pendant laquelle la cellule peut être stimulée mais ne conduit pas. - La période réfractaire relative: Période pendant laquelle un stimulus puissant peut générer un potentiel d'action.

Electrocardiographie L'électrocardiographie (ECG) est une représentation graphique du potentiel électrique qui commande l'activité musculaire cardiaque. Ce potentiel est recueilli par des électrodes disposées à la surface, sur la peau. Les différents tissus constituant le corps sont conducteurs dans la mesure ou ils sont constituées de solutions ioniques. Il sera donc possible d’enregistrer des phénomènes électriques ayant lieu à distance du point d’enregistrement. L’ECG aura donc pour objectif de reconstituer l’état d’activation du cœur Il est donc nécessaire de calculer en un point P (sur la peau) le potentiel créé par le cœur

Rappel Définition du potentiel électrostatique la charge q est soumise à la force de Coulomb exercée par Q via le champ électrostatique. Une charge q est capable de ressentir à distance la présence d’une autre charge une charge Q ponctuelle crée à une distance r un potentiel électrostatique en Volt. Le potentiel en un point M est inversement proportionnel à la distance d qui sépare la charge de ce point une charge q située en M ou règne un potentiel V (créé par d’autres charges) possède une énergie potentielle électrostatique en joule Cette Ep est soumise de part la distribution de charge qui créé V à la force électrostatique de Coulomb Le champ électrostatique créé par la distribution de charge est lié au potentiel par Le gradient permet d’indiquer de quelle façon varie le potentiel dans l’espace. Ainsi tous les points de l’espace ne sont plus au même potentiel électrique mais à un potentiel d’autant plus important qu’on est proche de la charge

Propriétés de symétrie Electrostatique Rappel Propriétés de symétrie Certaines composantes du champ électrique sont nuls Soit 2 charges l’une positive et l’autre négative qui exercent un champ électrique en un point M, la composante Y du champ électrique sera nulle http://www.crystallography.fr/crm2/fr/labo/pages_perso/Aubert/Electro/2chargesOpp/2chargesOpp.html

En P charge Q P r1 M1 r2 q>0 M2 q<0

En P charge Q P r1 r M1 r2 q>0 O M2 d q<0 Dans la mesure ou ces 2 charges sont proches au regard de la distance au point p (d <<<<r) elles semblent pratiquement placé au même endroit O. le potentiel diminue avec l’inverse du carré de la distance

est appelé le moment dipolaire On définit de direction porté par les charges et dirigé dans le sens du négatif vers le positif et son amplitude = |q|d. qdcosq est alors la projection de sur OP P r1 r M1 r2 q<0 O M2 d q>0 Et donc est appelé le moment dipolaire

Notion de fibre isolée ou feuillet électrique P Soit une membrane cellulaire assimilable à un feuillet électrique le moment dipolaire orienté du <0 vers le >0 Et la densité surfacique de charge On considère que (perpendiculaire au feuillet Ou a représente la distance entre les charges q (équivalent de d précédemment) Et donc que Si on considère est un vecteur semblable à +++++ - - - - -

Une fibre au repos est assimilable à un feuillet fermé Avec 2 faces assimilables à 2 feuillets de même puissance mais opposés. Le potentiel résultant en M, à distance, est donc nul. Il en est de même si la fibre est complètement dépolarisée L'influx nerveux se traduit par la dépolarisation de la fibre par changement de la concentration des ions de part et d'autre de la membrane

- orienté de la zone dépolarisé vers la zone au repos La propagation de l'influx nerveux se traduit par une onde de dépolarisation le long de la fibre nerveuse Si l'on admet comme précédemment que les états 2 et 3 ne créent en M aucun potentiel et aucun champ électrique, il apparaît alors que la propagation de l'influx nerveux peut être associée au déplacement d'un dipôle électrique selon l'axe de la fibre nerveuse à la célérité V. Ainsi, une fibre partiellement dépolarisée est assimilable à un dipôle de moment - perpendiculaire au front d’activation, - orienté de la zone dépolarisé vers la zone au repos - qui se déplace avec le front d’excitation www.uel.education.fr/.../dipoles/titre6det.htm

Déviations ECG Rappel: Le myocarde auriculaire est séparé du myocarde ventriculaire par un anneau fibreux permettant d’isoler ces deux myocardes électriquement On observe donc 3 comportements, - soit les fibres sont complètement dépolarisés soit les fibres sont complètement hyperpolarisés - soit les fibres sont en voie d’activation ou de restauration. Elles constituent alors un front d’activation On a un dipôle cardiaque orienté de la zone dépolarisé vers la zone au repos C’est à partir de là que l’on détermine l’ECG

Schéma P 132 Dérivation, Montage, définition: Une dérivation suppose 2 électrodes qui permettent l’enregistrement de la différence de potentiel entre elles. Les dérivations ou montages peuvent être - Bipolaires - Unipolaires Les dérivations précordiales. Ce sont des enregistrements courtes distances auxquels on applique la théorie du feuillet. Schéma P 132

3 dérivations bipolaires D1= VL-VR D2= VF-VR D3= VF-VL Dérivation des membres: Les électrodes sont placées sur les poignets droit (VR) et gauche (VL) et sur un membre inférieur (VF). Ce sont des enregistrements longue distance auquels on applique la théorie du dipôle On obtient ainsi 3 dérivations bipolaires D1= VL-VR D2= VF-VR D3= VF-VL 3 dérivations unipolaires VR, VL, VF en référence à VW (la terre par exemple) Une dérivation suppose 2 électrodes qui permettent l’enregistrement de la différence de potentiel entre elles. Les dérivations ou montages peuvent être - Bipolaires - Unipolaires

Théorie d’Einthoven (1913) A partir des dérivations des membres Hypothèse 1: A chaque instant le potentiel créé par le cœur en voie d’activation ou de restauration peut être assimilé à celui créé par un dipôle unique. Nécessite des enregistrements longue distance C’est la variation du dipôle cardiaque ( ) au cours du cycle cardiaque et donc, Idem pou L et F

Hypothèse 2: L’origine du vecteur moment peut être considéré comme fixe. Le cœur étant éloigné des électrodes, tous points du cœur peut être considéré comme d’égale distance avec l’électrode considérée. ne varie donc qu’en amplitude, direction et sens. On aboutit ainsi au vectocardiogramme

Troisième hypothèse: les points de recueil R, L, F des dérivations des membres s’assimilent aux trois sommets d’un triangle équilatéral dont le centre électrique du cœur occuperait le centre de gravité O Ainsi Comme idem pour VL, VF On peut écrire idem pour VL, VF On a donc si Et donc

Comme le triangle est équilatéral Et donc Ce qui permet de construire le potentiel de référence en associant les 3 dérivations et en ajoutant une résistance R égale pour les 3 dérivations. Cecui définit la borne de Wilson

Selon la loi des nœuds de Krirshoff Ce qui permet d’utiliser VW comme référence dans les montages unipolaires

Axe électrique du cœur On peut représenter 4 des 6 dérivations et les résultats de l’eCG sur ces dérivations avec la projection frontale du vectocardiogramme p137

www.bmb.leeds.ac.uk/illingworth/myopath/heart.htm