1 - aaemr

Le Coadou Laure
Leroy Céline
25/01/2011
Physio-pharmaco , électrophysiologie cardiaque, Dr Lessard
ELECTROPHYSIOLOGIE CARDIAQUE
INTEGREE :
Relation activité cellulaire et globale
Mécanisme cellulaire des arythmies
I – Rôle des courants ioniques transmembranaires
cardiaques dans les propriétés électriques globales du
cœur.
A- Rappel :
1- Potentiel de repos (Er)
Le potentiel de repos est mesuré en utilisant des microélectrodes
introduites dans la cellule cardiaque au repos, c’est à dire en diastole.
- microélectrode interne
- microélectrode externe
Ce potentiel diastolique / de repos est négatif, et varie suivant les
différents tissus cardiaques.
Le potentiel électrique à l’intérieur de la cellule étant inférieur à celui de
l’extérieur, il y a une polarisation diastolique. Elle représente l’énergie
électrique emmagasinée à l’intérieur de la cellule.
Ce potentiel membranaire est du à des gradients ioniques
- surtout du K+ : [K+] ic >> [K+]ec
- + gradient du Na+ : [Na+] ic < [Na+]ec
Au repos, la membrane est surtout perméable au K+ . Les mouvements du K+ sont :
- dû au gradient : sortie de K+
- dû au potentiel : entrée de K+
Le potentiel de repos qui s’établit a une valeur proche du potentiel d’équilibre du K+.
Les potentiels d’équilibre peuvent être établis par l’équation de Nernst
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Equation de Nernst : E1 – E2 = - (zRT)/n * ln(C1/C2)
Avec : E1 = énergie à l’intérieur de la cellule avec une concentration C1.
E2 = énergie à l’extérieur de la cellule avec une concentration C2.
E1-E2 = différence de potentiel entre deux compartiments
z = signe de la balance, -1 pour les ions négatifs et +1 pour les ions positifs.
R = constante des gaz parfaits.
T = température absolue en kelvin.
n = nombre d’électrons échangés.
Si on applique cette équation aux différents ions, en connaissant leurs concentrations intracellulaire et
extracellulaire, on obtient le potentiel électrique de repos pour chaque ion :
EK = -94 mV
ECa = +130 mV
ENa = +60 mV
ECl = -40 mV
Le potentiel d’une cellule cardiaque au repos est à peu près égal au potentiel d’équilibre du potassium.
Mais le potentiel varie selon le type de cellule cardiaque (car les concentrations ioniques et les
perméabilités varient selon les tissus).
- Cellules des nœuds sinusal (SA) et atrio-ventriculaire (AV) : Potentiel de repos Er= -60 mV.
- Cellules du myocarde ventriculaire et auriculaire : Er = -80 mV.
- Cellules du faisceau de His et du réseau de Purkinje ventriculaire : Er = -95 à -100 mV.
Certaines cellules sont automatiques, elles se contractent sans stimulation extérieure : ce sont les cellules
des nœuds SA et AV, et certaines cellules du faisceau de His et du réseau de Purkinje.
• Dans ces cellules, il y a une dépolarisation diastolique spontanée lente, c’est à dire que Er augmente (il
est moins négatif avec le temps). La propriété de dépolarisation spontanée dépend de cette variation de
Er.
• L’automatisme est lié à cette pente de dépolarisation spontanée pendant la diastole.
2- Potentiel d’action (PA) et courants ioniques (ix)
Il y a une énergie électrique dans la cellule au repos, elle est libérable par un petit apport d’énergie
électrique externe. Il suffit d’apporter des charges négatives (apport à l’extérieur de la cellule) =
stimulation électrique
- soit par des électrodes
- soit par activation via les cellules voisines (préalablement activées)
Ces charges provoquent une légère dépolarisation de la membrane. Si on atteint le seuil d’automatisme,
on déclenche une dépolarisation beaucoup plus rapide et irréversible (phénomène de tout ou rien) :
apparition d’un PA.
Toutes les cellules cardiaques sont excitables. Mais les cellules automatiques arrivent toutes seules, sans
stimulation, au seuil d’automatisme. Les autres sont stimulées de proche en proche.
Parmi les cellules automatiques, les plus rapides sont appelées les cellules pace maker. Ce sont elles qui
arrivent le plus vite au seuil d’automatisme. Les pace maker physiologiques sont dans le nœud SA. Les
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autres cellules automatiques sont des pace maker latents qui peuvent devenir pace maker dans des
conditions pathologiques.
A partir du seuil d’automatisme, il y a une ouverture des canaux ioniques qui permet une dépolarisation
rapide. Le PA se décompose en plusieurs phases :
Rmq : Les numéros des phases ne correspondent pas
aux numéros indiqués sur le schéma.





la phase 0 : (correspond a la phase 1 sur le schéma) dépolarisation rapide irréversible : entrée de Na+
en masse par ouverture des canaux sodiques = dépolarisation.
la phase 1 : entrée de Cl- → phase de repolarisation initiale + rapide.
la phase 2 : plateau dû à l’entrée de Ca++ .
la phase 3 : sortie de K+ → repolarisation de la cellule. Le courant K+ est retardé au niveau de la
phase 2 par l’entrée dépolarisante de Ca+ qui s’oppose à la repolarisation.
la phase 4 : période isoélectrique après le PA. Le potentiel reste plat : potentiel de repos (-90 mV) ou
présente une dépolarisation lente dans les cellules automatiques.
Il existe différentes sortes de PA selon les différents tissus cardiaques
- Dans les cellules myocardiques ventriculaires et auriculaires (tissu cardiaque pur) : le PA est
légèrement différent dans le myocarde ventriculaire et dans le myocarde auriculaire.
La phase 0 est rapide (montée rapide) dans les 2 types de cellules.
Mais le plateau est beaucoup plus large dans les cellules myocardiques ventriculaires (plateau trapézoïdal)
que dans les cellules auriculaires (plateau triangulaire).
- Dans le tissu nodal (= nœuds SA et AV), les cellules sont peu contractiles. La phase 0 est lente car il
n’y a pas de courant sodique rapide.
La dépolarisation est due au courant Ca++ qui donne aussi le plateau. Le plateau est large.
- Dans les tissus de His et de Purkinje (tissu conducteur rapide)
la phase 0 est très rapide
Le plateau est bas et très large (le plus large).
Il peut y avoir des dépolarisations spontanées.
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Remarque : le tissu conducteur rapide ventriculaire correspond au faisceau de His et au tissu de Purkinje
mais tous les tissus cardiaques sont conducteurs (mais plus lents).
B – Courants ioniques et automatisme
Les courants ioniques sont des flux d’ions à travers des canaux ioniques spécifiques.
Certains canaux sont toujours ouverts : le flux d’ions est plus ou moins fort en fonction du gradient
électrique et du gradient de concentration.
D’autres canaux ont des portes d’activation qui s’ouvrent lors d’une dépolarisation. Il y a aussi des portes
d’inactivation qui se ferment lors d’une dépolarisation.
L’automatisme est dû à une dépolarisation spontanée lente, due à une entrée d’ions positifs pendant la
phase 4 dans les cellules automatiques par 2 types de canaux et courants.
1- Courants if et iCa
Dans les cellules automatiques, il existe un courant de pace maker que l’on appelle if (avant appelé iP). Ce
courant est dû aux ions Na+ et il est activé lors des hyperpolarisations (ouverture de canaux spécifiques).
Cette dépolarisation lente est renforcée par une entrée de Ca2+ par un courant appelé iCa t (= courant
calcique transitoire).
Par if et iCa t , le seuil d’automatisme est atteint.
Cette entrée de courant (sodium puis calcium) est un peu plus rapide dans les cellules du nœud SA: ces
cellules atteignent les premières le seuil d’automatisme, elles constituent le pacemaker physiologique.
Le pacemaker physiologique commande la dépolarisation de toutes les cellules voisines et du cœur
entier.
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2- Courant iK
iK = courants potassiques (K+).
Dans les cellules automatiques, la dépolarisation lente spontanée est favorisée par la diminution des
courants sortants repolarisants (diminution des courants potassiques iK ).
Les cellules pace maker, dans le nœud SA, arrivent en premier au seuil d’automatisme pour 4 raisons
possibles :
- la pente de dépolarisation lente est la moins lente
- le potentiel de repos (Er) est le moins négatif.
- le seuil d’automatisme est le plus négatif.
- le PA est plus court et donc la repolarisation est plus rapide (la cellule va pouvoir se
redépolariser plus vite).
C- Courants ioniques et conduction
La conduction de l’influx cardiaque dépend de la rapidité de propagation de la dépolarisation de la phase
0 le long des fibres et d’une fibre à l’autre.
Cette phase 0 est due à 2 courants selon le type de cellule : iNa et iCa.
1- iNa et iCa
• Dans les cellules à dépolarisation rapide (myocarde ventriculaire et auriculaire, faisceau de His, tissu
de Purkinje) : la phase 0 est due à un courant sodique rapide entrant iNa
• Dans les cellules à dépolarisation lente (cellules des nœuds SA et AV) : la phase 0 n’est pas due à iNa
mais à iCa l (composante lente du courant calcique) qui donne une dépolarisation plus lente en phase 0.
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2- Relation de Weidmann
Cette relation démonte que plus le potentiel de repos est négatif, plus la pente de la phase 0 est grande : le
PA monte très vite.
Fibres de Purkinje : Er = -100mV.
→ PA monte +++ (très vite)
Fibres myocardiques ventriculaires : Er = -90mV
→ PA monte ++
Fibres myocardique auriculaires : Er = -85mV
→ PA monte +
Le PA monte encore moins vite dans les cellules ischémiées : manque d’O2 donc les canaux ioniques
fonctionnent mal, les gradients ioniques diminuent.
La vitesse de la phase 0 dépend de la négativité de départ (pour 100% de Na+ externe).
Si on diminue le Na+ externe (25%), le Na+ rentre moins fortement, la vitesse de la phase 0 diminue.
→ la vitesse de la phase 0 varie en fonction du gradient de Na+.
Même constatation pour les cellules des noeuds SA et AV (dans ces cellules : pas de iNa mais iCa) : si le
courant Ca diminue, la phase 0 diminue : le PA est plus lent car
→ le potentiel de repos est peu négatif
→ le gradient de Ca+ est plus faible
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3- Propagation dans la cellule
Par Weidmann, on comprend que le PA à phase 0 rapide se propage vite le long des membranes
cellulaires.
Alors que les PA à phase 0 lente vont se propager lentement.
Quels paramètres jouent sur la rapidité du PA ?
• pour la propagation du PA, les canaux voisins doivent s’ouvrir. L’ouverture de ces canaux se fait
grâce aux courants locaux (attirance entre les charges + et - ).
Plus les courants Na+ seront forts, plus ça se propagera vite.
→ Plus les courants locaux sont forts et plus les canaux ioniques s’ouvriront et donc plus les
courants locaux seront forts.
Donc le PA va très vite dans le réseau de Purkinje et dans le faisceau de His , assez vite dans le myocarde
ventriculaire et auriculaire et lentement dans les nœuds SA et AV.
• Le PA ira plus vite le long des membranes rectilignes où il n’y a pas beaucoup de tubules T.
Les tubules T sont peu nombreux dans les fibres de Purkinje (peu contractiles) donc la propagation sera +
rapide.
• Loi des câbles : Le courant électrique va plus vite dans les gros câbles que dans les câbles
étroits.
Or, les fibres de Purkinje ont un diamètre plus important que les autres fibres, donc le PA se propage
+vite.
Conclusion :
- un PA va très vite dans les fibres de Purkinje et dans le faisceau de His.
- un PA va assez vite dans le myocarde ventriculaire et auriculaire.
- un PA va lentement dans les nœuds SA et AV.
4- Propagation d’une cellule à l’autre
C’est la même excitation qui se répand dans tout le cœur.
Le cœur n’est pas un syncytium mais est constitué de plusieurs cellules. L’influx passe d’une cellule à
l’autre par des communications de faible résistance électrique ou nexus (gap junction).
Les nexus
- sont constitués de connexons qui se font face d’une membrane à l’autre
- ces connexons sont des hexamères de la connexine (protéine de 4 hélices transmembranaires)
- le canal central laisse passer les ions et les petites molécules (permet le passage d’un courant)
Les nexus existent surtout au niveau des stries scalariformes (disques intercalaires) surtout au niveau des
segments longitudinaux. Plus il y a de nexus, plus la propagation est aisée.
→ Il y a beaucoup de nexus dans les fibres de Purkinje (même dans les segments transversaux) et
peu de nexus dans les nœuds AV et SA.
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En fonction de la structure des différents tissus cardiaques, on a une vitesse de propagation de l’influx
cardiaque variable.
Mais l’influx passe toujours par le même chemin dans le cœur. On a donc une synchronisation décalée de
l’excitation électrique et de la contraction. Cela permet un effet de pompe efficace dans le cœur.
Dans le coeur normal, l’influx part du noeud SA. Il le traverse lentement, puis se répand dans le
tissu myocardique auriculaire ; les oreillettes droite et gauche se contractent de façon synchrone.
L’influx passe le nœud atrio-ventriculaire où il est fortement ralenti.
Puis, l’influx se répand très vite dans le faisceau de Hiss et le réseau de Purkinje jusque dans l’endocarde
des 2 ventricules. Puis il va plus lentement de l’endocarde jusque l’épicarde ventriculaire. Les 2
ventricules se contractent aussi de façon un peu près synchrone.
D- Courants ioniques et excitabilité
Certains canaux ont des portes d’activation qui s’ouvrent pendant la dépolarisation et des portes
d’inactivation qui se ferment pendant la repolarisation. Quand les portes d’inactivation sont fermées les
cellules sont inexcitables.
NB : les canaux sont formés de 6 hélices trans-membranaires notées de S1 à S6 (S4= voltage sensor :
sensible au potentiel membranaire). Pendant la dépolarisation, S4 modifie sa conformation, c’est donc la
porte d’activation. La porte d’inactivation est formée par une boucle intracanalaire qui va de S3 à S4 et
qui ferme le canal.
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1- iNa et iCa
Dans les cellules myocardiques et du réseau de Purkinje, dès la fin de la phase 0 les portes d’inactivation
iNa sont fermées. Elles le restent tant que la cellule ne sera pas à peu près repolarisée. Ceci correspond à
la période réfractaire PR qui a lieu pendant le plateau. Elle empêche toute entrée de Na+, donc toute
formation d’un nouveau PA. Ainsi, il n’y a pas de tétanisation possible du cœur.
Dans les cellules où le PA se développe lentement par ouverture des canaux iCa, la PR dure tant que la
porte d’inactivation du canal Ca++ est fermée. Cette PR est + longue.
2- iK, durée du PA et PRE (période réfractaire
effective)
On parle de PRE en clinique. Cela correspond au fait que, tant que la cellule est en PRE on ne voit pas de
QRS sur l’ECG.
La réouverture des portes d’inactivation et donc la fin de PR dépendent de la fin de la repolarisation. Si
on allonge le PA on allonge la PR. En retardant l’ouverture des courants K+ repolarisants sortants, on
allonge le PA donc on allonge la PR ; Inversement en les accélérant.
Le rapport PR/PA est constant.
A la jonction réseau de Purkinje/ myocarde, les PA sont + longs donc la PR allongée. C’est une sécurité
contre les réentrées. Certaines drogues peuvent faire varier le rapport PR/PA en changeant le niveau
d’ouverture d’une porte d’inactivation par rapport au niveau de repolarisation.
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II- Relation Potentiel d’action et ECG
A- Synchronisme auriculaire et ventriculaire
L’ECG est la somme de l’activité électrique de toutes les cellules cardiaques, qui sont synchrones et
toujours activées dans le même ordre. Il y a des relations précises entre le PA et l’ECG.
- onde P = résultante de la dépolarisation de toutes les cellules auriculaires
- onde QRS = résultante de la dépolarisation de toutes les cellules ventriculaires
B- Relation QRS – Phase 0
Le début de QRS correspond à la phase 0 de la 1ère cellule ventriculaire à se dépolariser. La fin de QRS
correspond à la dépolarisation de la dernière cellule ventriculaire à se dépolariser.
Des substances qui diminuent iNa, donc la pente de la phase 0, ralentiront la conduction de l’influx
cardiaque. Cela se traduit par un allongement de QRS sur l’ECG.
C- Relation QT – Phase 3
La fin de QT correspond à la fin de la repolarisation de la dernière cellule ventriculaire à se repolariser.
Des substances qui allongent les phases 2 ou 3 du PA allongeront la période réfractaire ce qui se traduit
par un allongement de QT à l’ECG. Si l’allongement est hétérogène dans le myocarde il peut y avoir une
modification de la forme de QT (apparition d’une onde U, qui en fait est une partie d’une onde T
polyphasique).
Rmq : ce schéma n’est pas tout à fait exact : les PA A,B et
C ne reflètent pas la réalité. En effet si la zone C est la
dernière à se dépolariser, c’est par contre la première à se
repolariser (cf cours de ECG de deuxième année).
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III- Physio-pathologie : mécanismes cellulaires des
arythmies
A- Troubles de l’automatisme
1- Automatisme anormal
a- modification de l’automatisme normal
Un groupe de cellules pace maker latent va devenir prédominant. Ces cellules arrivent les 1ères au seuil
d’automatisme par variation d’un des quatre paramètres vus ci-dessus.
Cpdt on peut avoir :
- ralentissement du pace maker physiologique par prise de parasympatho-mimétiques à dose
toxique ;
- accélération de l’automatisme d’une cellule pace maker latent par prise de catécholamines à haute
dose
b- altération de cellules non automatiques
Des cellules non automatiques deviennent automatiques parce qu’elles ont un fonctionnement modifié.
Ex : Une cellule ischémiée va être dépolarisée (ouverture des canaux par manque d’O2) et va atteindre son
seuil d’automatisme.
In vitro, une préparation isolée pathologique stimulée électriquement va donner des salves d’automatisme
post stimulatives. La fréquence et la durée des salves dépendent de la fréquence de stimulation.
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c- ré excitation focale
La durée d’un PA, raccourcie par des conditions
locales comme :
- une variation du pH
- une variation de la concentration externe en K+
- une variation de la PO2,
va donner des cellules à PR + courte qui pourront être
ré-excitées par une cellule voisine normale qui, elle,
est encore dépolarisée. Cela peut conduire à une
extrasystole qui se propage.
2- Activité déclenchée
Elle dépend du PA précédent. Elle forme des post potentiels oscillants, notés PPO ou AD (After
Depolarization). Il existe 2 types de PPO :
a- PPO tardifs ou DAD (Delay AD)
Sont une oscillation en phase 4 du PA précédent. Cette dépolarisation est tardive. Elle peut survenir au
cours d’une intoxication digitalique : où la concentration en Ca++ interne augmente et aboutit à un courant
transitoire. Si la cellule atteint le SA, apparition d’un nouveau PA qui peut se transmettre et donner une
extrasystole.
Les arythmies y sont tachyarythmiques dépendantes. + Le cœur est rapide + l’arythmie est déclenchable.
(Les émotions peuvent favoriser ces extrasystoles).
b- PPO précoces ou EAD (EarlyAD)
L’oscillation a lieu en phase 3 du PA précédent. Elle peut
survenir par administration de catécholamines, de sotalol ou de
quinidine. Cela peut donner un 2ème PA qui est une extrasystole
due à une diminution de iK et une augmentation de iCa.
Ces arythmies sont bradycardies dépendantes (elles surviennent
qd le cœur ralentit). Peuvent se compliquer en faisant une torsade
de pointe.
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B- Troubles de la conduction
1- Ré entrée
a- Extrasystole
Il y a 3 conditions pour une ré entrée :
- bloc unidirectionnel (permet un flux rétrograde)
- une conduction ralentie
- une période réfractaire courte
On a une extrasystole par ré entrée dans un tissu déjà excité.
b- Tachycardie entretenue
Correspond à plusieurs extrasystoles par une ré excitation
circulaire (installation d’un circuit de ré entrée dans lequel
l’excitation est très rapide).
2- Micro et Macro ré entrées
a- micro ré entrées
Quand les mouvements circulaires affectent qq cellules voisines, on parle de micro réentrées. Cela existe
dans les tachycardies paroxystiques jonctionnelles ou la tachycardie de Bouveret. Cela se passe dans le
nœud AV : si une des deux voies est plus ralentie que l’autre, on aura une réentrée sur qq cellules de la
voie la plus lente.
b- macro ré entrées
Quand les circuits sont plus grands, on parle de macro réentrées.
• Se passe autour du nœud AV dans le sd de Wolff Parkinson White. Dans le nœud AV il existe une voie
accessoire pathologique et une voie normale. La voie accessoire pathologique est en communication avec
les ventricules par le faisceau de Kent. On aura une tachycardie précédée d’une onde de pré excitation
transmise par le fx de Kent dans le ventricule.
• Cela peut avoir lieu aussi d’une branche du faisceau de His à l’autre autour de la jonction
Purkinje/ventricule.
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3- conclusion
Tous ces troubles se traduisent de la même façon à l’ECG :
- tachycardie
- extrasystole
IV- Conséquences : principes généraux de l’action
anti-arythmique
A- Principes de base
1- Réduction d’automatismes anormaux
Concerne des cellules pace maker ralenties ou pace maker latent accélérées. On les réduit par
hyperpolarisation ou en élevant le seuil d’automatisme ou en diminuant le courant de pace maker :
- fibres de Purkinje : on diminue iNa
- fibres SA ou AV : on diminue iCa
2- Ré excitations focales
Il faut re synchroniser les PR en augmentant le rapport PRE/PA : on allonge la PRE et le PA en
empêchant la réactivation de iNa.
3- Automatismes déclenchés
Il faut supprimer les PPO.
Pour les PPO tardifs, il faut :
- diminuer iCa (ou),
- augmenter le seuil d’automatisme (ou),
- hyperpolariser les cellules (ou)
- diminuer la fréquence cardiaque
Pour les PPO précoces, il faut :
- augmenter la fréquence cardiaque
- faire une meilleure irrigation cardiaque s’ils sont dus à une ischémie
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4- Ré entrées
On peut transformer le bloc unidirectionnel en bloc bidirectionnel en diminuant la conduction par :
- diminution de iCa si bloc nodal
- diminution de iNa si bloc Purkinje/myocarde
On peut supprimer le bloc unidirectionnel en augmentant la conduction par :
- augmentation de iCa ou iNa selon le tissu
On peut allonger la PRE, c’est-à-dire provoquer une réactivation incomplète de iNa ou iCa.
Conclusion
Des mécanismes complètement différents pourront donner les mêmes résultats sur l’ECG.
On peut combattre des arythmies par des mécanismes complètement inverses !
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