– UEVII: Physiologie – - Fichier

2016-2017
Physiologie
Le cœur
– UEVII: Physiologie –
Électrophysiologie cellulaire cardiaque
Semaine : n°20 (du 20/02/17 au
24/02/17)
Date : 21/02/2017
Heure : de 10h30 à
12h30
Binôme : n°68
Professeur : Pr. Duriez
Correcteur :n°73
Remarques du professeur : Aucune remarque particulière
PLAN DU COURS
I)
Principaux courants ioniques impliqués dans le PA ventriculaire (suite)
A)
Le courant sortant potassique
II)
Période réfractaire
III)
Propagation de l'excitation
IV)
Automatisme cardiaque
A)
Généralités
B)
Morphologie des PA du nœud sinusal
C)
Principaux courants impliqués dans l'activité cardiaque sinusale
D)
Chronologie de l'activité électrique du cœur
E)
Le nœud auriculo-ventriculaire et son intérêt en physiopathologie
V)
Propagation de l'onde électrique
A)
Généralités
B)
Effets du système sympathique sur le nœud sinusal
C)
Mode d'action de l'adrénaline et de la noradrénaline
D)
Effets du système parasympathique sur le nœud sinusal
1)
2)
VI)
VII)
Faible stimulation : faible dose d'acétylcholine
Forte dose d'acétylcholine (correspond à des moments anormaux de la vie :
syncope vagale)
Processus de dépolarisation-repolarisation au niveau d'une fibre
myocardique isolée
Schéma d'activation ventriculaire
VIII) L'électrocardiogramme
1/20
2016-2017
A)
Physiologie
Les dérivations standardisées
1)
Les dérivations bipolaires
2)
Les dérivations unipolaires
B)
Les dérivations précordiales
C)
Tracé ECG
2/20
2016-2017
I)
Physiologie
Principaux courants ioniques impliqués dans le PA ventriculaire (suite)
A)
Le courant sortant potassique
Dernière phase du potentiel d'action = phase de repolarisation
On l'appelle la phase 3 des Potentiels d'Action. Elle est liée à un courant sortant potassique retardé de type
Ik. Ce courant détermine la durée des PA.
•
•
Quand il est intense, la cellule se repolarise plus rapidement et le PA diminue de durée.
Quand le courant est moins marqué, la cellule ralentit sa repolarisation et le PA augmente de durée.
Par exemple, ce courant est sensible à la stimulation adrénergique de type β. Dans ce cas, lorsqu'il est
stimulé, il diminue la durée des PA. C'est très utile car en cas de stimulation adrénergique, on a une accélération du
rythme cardiaque. Donc pour passer par exemple de 60 battements/minute (60 PA/minute) à 200
battements/minute (200 PA/minute), il est nécessaire de diminuer la durée de ces PA.
→ En augmentant ce courant potassique, on arrive à diminuer la durée de ces PA, ce qui permet l'accélération
du rythme cardiaque.
Ce courant potassique peut être divisé en trois courants différents :
–
Ikr
Les médicaments vont être la cible de différentes substances et de différents médicaments.
Par exemple, le Sotalol est un β bloquant particulier. Il est capable de venir bloquer les composantes du courant
potassique et d'allonger les potentiels d'action. Il appartient à la classe 3 des anti-arythmiques.
–
Iks
Il est sensible à la stimulation adrénergique mais non sensible aux anti-arythmique de classe 3. Il s'agit d'un
courant potassique global qui accélère la repolarisation. Il intervient pour déterminer la durée de PA. Il est formé
de plusieurs composantes, certaines étant sensibles aux médicaments anti-arythmique.
–
Ikur
Il intervient en fin de repolarisation, il accélère la repolarisation et amène le potentiel de membrane au niveau du
potentiel de repos. C'est un courant qui termine la repolarisation.
N.B : Le potentiel de repos est lié à des canaux de fuite au potassium.
3/20
2016-2017
II)
Physiologie
Période réfractaire
La notion de période réfractaire pour les cellules cardiaques est très importante. Elle est beaucoup plus
importante que pour les cellules nerveuses.
Cette période définit le risque de générer certains troubles du rythme et donc certaines arythmies cardiaques
peuvent être très graves. De nombreux médicaments anti-arythmiques interviennent en agissant sur la durée de
cette période réfractaire.
Principe : C'est le même que pour la cellule nerveuse.
On stimule avec une électrode. On déclenche un PA normal avec cette première stimulation. On envoie des extrastimuli de plus en plus éloignés du premier. Les premiers extra-stimuli ne provoquent aucune modification du
décours du PA car on est dans la période réfractaire absolue.
→ Pendant cette période, les canaux sodiques voltages dépendants sont encore en conformation ouverte ou
sont passés en conformation fermée inactivable. Ils ne peuvent donc plus s'ouvrir.
Ils doivent repasser en conformation fermée activable pour être en mesure de s'ouvrir à nouveau. Cela se fait avec
une probabilité. Par exemple, sur 10 000 canaux, pour un extra stimuli assez proche, on aura 8 canaux qui seront
capables de s'ouvrir et on va générer une petite activité électrique.
Plus on s'éloigne de la première stimulation, plus on a une probabilité d'avoir un nombre important de canaux
sodiques activables.
Après un certain délai, on se rapprochera d'un PA identique au PA initial.
Cette période correspond à la période réfractaire relative : elle permet de récupérer un PA identique au
premier.
Pour la cellule cardiaque, la différence de temps qu'il y a entre la période réfractaire absolue et la période
réfractaire relative est très importante d'un point de vue physiopathologie. Dans cet espace de temps, on est
capable de générer des PA de très mauvaise qualité et si on a dans le cœur une stimulation de ce type à un moment
donné, on peut déclencher une activité électrique anormale de l'ensemble du cœur appelée arythmie.
→ Cette période joue un rôle important en physiopathologie cardiaque dans le cadre des arythmies cardiaques, elle
est vulnérable.
Comment se propage l'onde d'excitation électrique le long de la cellule cardiaque et de cellule cardiaque à une
autre ?
4/20
2016-2017
III)
Physiologie
Propagation de l'excitation
A un endroit donné, un PA crée une dépolarisation locale de la membrane avec une translocation de
charges négatives sur la face interne de la membrane, diminuant la différence de potentiel entre la face externe et
la face interne et créant donc une petite dépolarisation locale qui génère un nouveau PA..
A son tour, il dépolarise localement la membrane générant un nouveau PA.
→ Le mécanisme de propagation le long de la cellule cardiaque est exactement le même que celui qui concerne la
propagation le long de la cellule nerveuse.
Les cellules cardiaques sont connectées et entre les cellules cardiaques il y a des jonctions qui sont des
canaux ioniques qui permettent le déplacement de charges électriques. Lorsqu'un PA arrive à l'extrémité d'une
cellule cardiaque, il génère un courant local et qui grâce à ses jonctions perméables permet le passage d'ions et
permet de générer un courant local sur la cellule cardiaque suivante qui génère elle-même un PA et qui se propage
sur la cellule cardiaque suivante etc...
→ Les jonctions permettent donc la propagation des PA de cellule à cellule
IV)
A)
Automatisme cardiaque
Généralités
Le cœur possède son propre automatisme.
L'automatisme siège dans une partie du cœur située dans l'oreillette droite en dessous de la veine cave
supérieure = nœud sinusal.
Les cellules du nœud sinusal ont des automatismes, une activité électrique spontanée. Cette activité se propage
vers les cellules contractiles musculaires voisines. Elle va stimuler l'ensemble des oreillettes et provoquer la
contraction des oreillettes.
–
–
Si on plante une microélectrode dans les cellules contractiles auriculaires, on a ce type de PA (image cidessus).
Si on plante une microélectrode dans le nœud sinusal, on observe des PA totalement différents dans leur
morphologie à ceux des cellules contractiles. Ces PA apparaissent spontanément.
5/20
2016-2017
Physiologie
Dans une oreillette, si on ne stimule pas électriquement, on n'a pas de contraction ni de PA. Alors que
dans le nœud sinusal, des PA sont enregistrés : les PA stimulent les zones voisines et on aura une excitation globale
des oreillettes.
B)
Morphologie des PA du nœud sinusal
Potentiel de repos des PA du nœud sinusal : - 60 mV
La cellule se dépolarise spontanément. Elle passe de – 60 à -40 mV avec une pente de dépolarisation
diastolique ou pente de phase 4. Cette pente est responsable de l'automatisme cardiaque. Elle impose le
rythme cardiaque.
Aux environs de -40 mV, on a un déclenchement d'un PA avec une phase 0 qui est très lente, beaucoup plus lente
que pour une cellule contractile. On dépasse à peine le 0 électrique au sommet du PA. La cellule se repolarise sans
qu'il ne soit possible de mettre en évidence une phase 1 et une phase 2. On a l'impression qu'il s'agit d'une phase 3
de repolarisation. La phase 2 est très peu marqué et la phase 1 est inexistante.
→ Les PA des cellules sinusales sont donc totalement différents des PA des cellules contractiles.
Les cellules du nœud sinusal sont douées de l'activité pacemaker qui impose le rythme cardiaque.
Pace-maker: pile qui envoie régulièrement une stimulation au cœur pour supplanter l'activité électrique des
cellules sinusales devenues défaillantes.
C)
Principaux courants impliqués dans l'activité cardiaque sinusale
Le potentiel de repos est du à une perméabilité marquée au potassium. La perméabilité est moins marquée que
celle pour les cellules cardiaques.
•
Le courant If
Il a été découvert au début des années 1980. Il est responsable de l'initiation de la pente de
dépolarisation. C'est un courant entrant dans la cellule : des charges + entrent. Il est dépendant de canaux
voltage dépendant. Il est de nature sodique.
→ Il initie la dépolarisation des cellules sinusales et initie la phase 4 = « courant pace-maker »
6/20
2016-2017
Physiologie
F pour funny (bizarre) : c'était la première fois qu'on mettait en évidence un courant transmembranaire qui
s'activait quand on hyperpolarisait la membrane.
Il faut que la cellule soit revenue à son potentiel diastolique maximal pour que ce courant apparaisse. Les
chercheurs l'ont trouvé bizarre donc l'ont appelé le courant If.
Un médicament appelé l'Ivapradine vient bloquer ce courant If. Il est utilisé pour ralentir le cœur pour que ce
dernier travaille moins et consomme moins d'oxygène.
•
Le courant calcique de type T
Quand la cellule est dépolarisée de quelques mV, un autre courant entrant démarre mais il faut que le
courant If ait déjà dépolarisé la cellule.
Des ions calcium entrent dans la cellule grâce à l'ouverture de canaux calciques voltages dépendants de type T
(transitoire) c'est à dire que ce courant calcique dure peu de temps. On a une entrée de charges positives portées
par le calcium dans la cellule et ces charges positives continuent de dépolariser la membrane jusqu'à un seuil.
Ces canaux calciques de type T sont faits de protéines différentes de celles des canaux calciques de type L. Elles
ne sont pas touchées pas les inhibiteurs du calcium. Mais ces canaux de type T permettent d'amener la
membrane aux environs de – 40 mV.
•
Le courant calcique de type L
Les canaux calciques voltages dépendants de type L s'ouvrent sur une longue période donc lentement. Ils
s'ouvrent à – 40 mV qui permettent l'entrée de calcium dans la cellule. Le calcium entre dans la cellule et
dépolarise la cellule. Ce courant calcique est donc responsable de la phase 0 du PA du nœud sinusal.
Pour les cellules contractiles ainsi que pour les cellules du tissu conducteur du faisceau de His, cette phase 0 est
liée à l'ouverture de canaux sodiques voltages dépendant alors que pour les canaux calciques de type L, la
cinétique d'ouverture est plus lente et donc la phase 0 est plus lente.
La vitesse maximale de dépolarisation est de l'ordre de quelques Volts par seconde alors que pour les cellules
contractiles, on est de l'ordre de 200 à 300 Volts par seconde.
→ La phase 0 de ces PA est sensible aux médicaments inhibiteurs du calcium. Quand on les utilise, on diminue
cette phase 0, on retarde les PA et on ralentit la fréquence cardiaque sans jouer sur le courant If et sur le courant
calcique de type T. On agit sur le courant calcique de type L.
Ensuite on arrive au sommet du PA : la dépolarisation n'est que de quelques mV. On se repolarise très
rapidement. Cette repolarisation est liée à l'ouverture de canaux potassiques.
→ On a donc des courants totalement différents par rapport aux cellules contractiles.
D)
Chronologie de l'activité électrique du cœur
Cette onde électrique prend naissance dans l'oreillette droite, dans le nœud sinusal.
•
Si on plante une microélectrode dans ce nœud, on obtient le PA qu'on vient de créer. Ce PA va stimuler le
tissu musculaire de l'oreillette qui entoure le nœud sinusal générant des PA dans l'oreillette qui sont des PA
de cellules contractiles. Donc les deux oreillettes vont être envahies très rapidement par ces PA et vont se
contracter.
→ L'onde électrique ne peut passer entre les oreillettes et les ventricules qu'à un seul endroit : le nœud
auriculo-ventriculaire. Le tissu à la jonction oreillette/ventricule ailleurs que dans ce nœud ne conduit pas
l'activité.
7/20
2016-2017
•
Physiologie
Si on plante des microélectrodes dans le nœud auriculo-ventriculaire avec un décalage, on enregistre des
PA de ce type :
Ils ont la même morphologie que les potentiels d'action du nœud sinusal: les PA sont mal polarisés. On met
en évidence :
◊ Une pente de phase 4
◊ Une phase 0 très lente
◊ Un dépassement réduit du seuil du 0 électrique
Le nœud auriculo-ventriculaire fait passer l'onde électrique entre les oreillettes et les ventricules, très
lentement de façon à laisser aux oreillettes le temps de se vider complètement de leur sang dans les ventricules
avant que les ventricules ne se contractent. Ainsi les ventricules sont parfaitement remplies.
→ Pour ralentir le passage, les phases 0 sont très lentes et la vitesse de conduction à travers le tissu est réduite.
Plus la phase 0 des PA est élevée et plus le tissu transmet rapidement l'onde électrique.
Ici, le tissu transmet lentement l'onde électrique car les phases 0 sont très lentes. Pour franchir ce petit espace,
l'onde met du temps.
Le nœud auriculo-ventriculaire est situé dans le ventricule droit au niveau du septum interventriculaire
juste au niveau de la jonction ventriculaire.
Ensuite, l'onde électrique arrive au niveau des tissus conducteurs. C'est un tissu chargé de conduire l'onde
électrique. Le premier segment de ce tissu est la branche commune du faisceau de His. Il se divise en une branche
droite et une branche gauche qui va jusqu'à l'apex du cœur. A partir de ces branches, on a des ramifications. Elles
se répartissent sur la face interne du cœur et conduisent l'onde électrique à différents endroits du ventricule.
Problématique:
Dès que l'onde électrique arrive dans le segment commun du faisceau de His, l'onde électrique doit être
transmise le plus rapidement possible à l'instar du tissu conducteur et à la totalité des cellules ventriculaires
contractiles pour que toutes ces cellules se contractent pratiquement en même temps.
L'addition de la force de contraction de ces cellules donne une force de contraction importante des
ventricules et donc les ventricules sont capables d'expulser un volume de sang important, ce qui permet d'avoir un
débit cardiaque important.
8/20
2016-2017
Physiologie
Comment faire pour que ce tissu conducteur spécialisé transmette très rapidement l'onde électrique ?
On plante des microélectrodes à travers le faisceau de His et à travers les fibres de Purkinje.
On enregistre des PA qui ressemblent à des PA de tissu contractile mais si on mesure avec une phase 1 très
marquée, le phénomène le plus important sur la branche commune du faisceau de His et le tissu de Purkinje
concerne la phase 0 du PA.
Si on calcule la dérivée de la phase 0 qui permet d'avoir la vitesse maximale de dépolarisation, on constate
que cette vitesse maximale de dépolarisation atteint les 1 000 Volts/s alors que dans le tissu contractile des
ventricules et des oreillettes, on est à 300 Volts/s. Et dans le nœud sinusal ainsi que dans le nœud auriculoventriculaire, on est à quelques Volts/s.
→ La vitesse maximale de dépolarisation des PA a pour conséquence que la vitesse de conduction de
l'influx électrique à travers ce tissu est très importante. Ainsi, les deux ventricules vont pouvoir être envahis
de façon synchrone sur la presque totalité de leur volume par une onde électrique de stimulation et vont
pouvoir se contracter en même temps et fortement.
Ensuite, l'onde électrique doit se répartir à l'ensemble des cellules contractiles musculaires. Ces PA doivent
se répartir.
Entre l'instant 0 où est naît la stimulation du nœud sinusal et la propagation des PA à l'ensemble des ventricules, le
temps est de l'ordre de 300 millisecondes.
Si on additionne tous ces PA, on reproduit un schéma électrique global qui correspond à l’électrocardiogramme
que l'on peut enregistrer à la surface du corps.
L’électrocardiogramme est donc la sommation de tous ces PA dans le temps depuis l'activation des oreillettes
jusqu'à la fin de la repolarisation des ventricules. Tous ces événements électriques unitaires s'additionnent.
E)
Le nœud auriculo-ventriculaire et son intérêt en physiopathologie
Il arrive, avec le vieillissement, que le nœud sinusal devient +/- fibreux et ne génère plus une activité électrique
suffisante. La fréquence cardiaque maximale diminue avec l'âge.
•
Bébé : 220 battements/ min
Chaque année, on perd un battement à cause du vieillissement de ce tissu nodal.
Le cœur continue de battre car on a la commande qui va être prise par le nœud auriculo-ventriculaire. Ce
nœud présente une pente de phase 4 de dépolarisation diastolique qui est moins marquée que la pente de phase
4 de dépolarisation des cellules sinusales mais existe.
Si les cellules sinusales ont une fréquence de décharge de 100/ min, les cellules ventriculaires ont une
fréquence de décharge de 30/min. Quand le nœud sinusal disparaît, c'est le nœud auriculo-ventriculaire qui prend
le relais. Le cœur bat donc plus lentement. C'est insuffisant. On implante donc un pacemaker pour restaurer une
fréquence cardiaque suffisante.
9/20
2016-2017
V)
A)
Physiologie
Propagation de l'onde électrique
Généralités
L'onde électrique prend naissance dans le nœud sinusal dans l'oreillette droite. Elle se propage aux deux
oreillettes. L'onde électrique ne peut pas passer entre les oreillettes et les ventricules sauf au niveau du nœud
auriculo- ventriculaire qui est stimulé et permet le passage de l'onde électrique vers les ventricules en empruntant
le tronc commun du faisceau de His puis les branches droite et gauche du septum inter-ventriculaire. En remontant
ensuite par les fibre de Purkinje à l'ensemble du ventricule pour permettre la contraction.
On a donc :
•
Nœud sinusal dans l'oreillette droite
•
Propagation dans les deux oreillettes
•
Nœud auriculo-ventriculaire
•
Tronc commun du faisceau de His
•
Branches droite et gauche du septum inter-ventriculaire
•
Fibres de Purkinje
•
Ventricules
→ Contraction
La moindre anomalie crée un trouble du rythme cardiaque.
Comment le cœur va t-il pouvoir s'accélérer ou ralentir ?
Le cœur est connecté au système végétatif : sympathique et parasympathique.
Le système végétatif module le rythme cardiaque en agissant sur le nœud sinusal. Ce nœud va donc
être connecté au système sympathique et au système parasympathique.
En permanence, le système parasympathique ralentit le nœud sinusal au repos. Lors d'un effort, le
parasympathique cesse son activité et est remplacé par le sympathique qui accélère le rythme cardiaque.
Ça fonctionne par l’intermédiaire des récepteurs aux neuromédiateurs du système végétatif et en
l'occurrence le récepteur muscarinique de type M2 pour l'acétylcholine (neuromédiateur du parasympathique) et
le récepteur adrénergique de type β1 pour la noradrénaline (neuromédiateur du sympathique)
10/20
2016-2017
B)
Physiologie
Effets du système sympathique sur le nœud sinusal
On a un enregistrement d'un PA d'une cellule sinusale. C'est la technique de la micro électrode de verre
plantée dans une cellule.
En jaune, on a une fréquence de 70 battements par minute. L'activité est spontanée. Un PA est généré
toutes les secondes donc une fréquence théorique de 60 battements par minute. Si on ajoute une goutte diluée de
noradrénaline, ce qui reproduit la stimulation adrénergique observée lors d'un stress, immédiatement dès que la
goutte se dilue dans la solution on voit apparaître une modification des PA du nœud sinusal. On observe une
accélération de la pente 4 de dépolarisation diastolique. La phase 4 est plus marquée.
→ Conséquence : On part du même potentiel diastolique mais avec une pente moins marquée donc on prend
moins de temps pour arriver au seuil de PA et on génère plus rapidement un PA. On a donc une accélération de la
fréquence.
Le premier effet des catécholamines est d’augmenter la pente de phase 4 et d'augmenter ainsi la
fréquence cardiaque.
La morphologie des PA est modifiée : la phase 0 est plus rapide et on a une durée de PA diminuée. Ce qui
permet de placer davantage de PA dans le même espace temps, ce qui facilite l'accélération du rythme cardiaque.
D'un point de vue cellulaire, pourquoi y a t-il une augmentation de la pente de phase 4 de dépolarisation
dyastolique ?
11/20
2016-2017
C)
Physiologie
Mode d'action de l'adrénaline et la noradrénaline
Le récepteur β1 adrénergique est stimulé par l'adrénaline et la noradrénaline. Il est couplé à une protéine G
de type S (stimulant). Cette protéine G vient activer l'enzyme ancrée dans la membrane appelée l'adénylate
cyclase. Celle-ci agit sur un substrat qui est l'ATP pour la transformer en AMPc. L'AMPc agit directement sur
les canaux ioniques responsables du courant If. L'AMPc produit en quantité importante vient stimuler
l’ouverture des canaux If. Donc à chaque stimulation, on aura du sodium qui entre dans la cellule. Or c'est le
sodium qui dépolarise la membrane. Donc on explique l'augmentation de la pente de phase 4 par l'action directe de
l'AMPc qui augmente la probabilité d'ouverture des canaux.
L'AMPc a d'autres effets dans la cellule : elle a un effet sur la protéine kinase A. Cette protéine est
capable de phosphoryler des canaux calciques de type L. En augmentant la phosphorylation de ces canaux
calciques on augmente leur probabilité d'ouverture. A chaque fois que la membrane se rapprochera du seuil des
canaux calciques, il y aura davantage de canaux calciques qui s'ouvriront. Le PA arrive plus rapidement à son
sommet et donc ça accélère la vitesse de conduction au sein de la structure.
D'autre part, la PKA est aussi capable de phosphoryler certains canaux potassiques qui interviennent
dans la repolarisation et d'augmenter le courant Ik de repolarisation. Leur probabilité d'ouverture augmente,
davantage de canaux potassiques s'ouvrent et la cellules se repolarise plus rapidement donc la durée des PA est
plus courte.
→ Au total, on explique au niveau d'une cellule le fait que la stimulation adrénergique permet d'augmenter
la pente de phase 4 et d'arriver plus rapidement au seuil. C'est le phénomène primordial qui est responsable de
l'accélération du rythme cardiaque. La stimulation adrénergique permet de comprendre au niveau moléculaire
comment augmente le courant calcique de type L et donc comment ça peut accélérer la vitesse de conduction au
sein du nœud sinusal.
On explique aussi pourquoi la stimulation adrénergique est capable de diminuer la durée des PA.
Les mêmes effets sont retrouvés sur les cellules du nœud auriculo-ventriculaire, ce qui permet d'expliquer
l'augmentation de la vitesse de conduction à travers le nœud auriculo-ventriculaire lors de la stimulation
adrénergique. Des fibres adrénergiques aboutissent à ce nœud et augmentent la pente de la phase 0 des PA du nœud
auriculo-ventriculaire permettent une augmentation de la vitesse de conduction à traverse ce nœud et permet de
diminuer la durée des PA de ce nœud, permettant ainsi de placer plus de PA dans la même période.
12/20
2016-2017
Physiologie
Comment le système parasympathique agit pour ralentir le rythme cardiaque ?
D)
1)
Effets du système parasympathique sur le nœud sinusal
Faible stimulation : faible dose d'acétylcholine
On ajoute une goutte d'acétylcholine mais on met une concentration très diluée d'AC de l'ordre de 10-9 à 10-10
molaires.
Au départ, on a un PA en jaune avec une pente de phase 4 et une fréquence de 60 battements/minute. Si on
met une goutte très diluée d'acétylcholine, on observe :
•
Premièrement un potentiel de repos qui reste à -60 mV : le potentiel de repos ne varie pas.
•
Et ensuite la pente de phase 4 est beaucoup plus plate.
On arrive plus tardivement au seuil de déclenchement de PA. Si on reproduit cela en séquence, l'allongement de la
phase 4 retarde la PA, qui retarde le deuxième PA et donc on aura une fréquence ralentie.
→ On explique l'action de l'AC sur l'activité spontanée par une diminution de la pente de phase 4 de
dépolarisation diastolique, en situation physiologique.
Au niveau cellulaire et moléculaire, on s'intéresse au récepteur muscarinique de type M2. Lorsqu'on a une
petite décharge d'AC, le récepteur muscarinique s'associe à la protéine GI qui vient inhiber l'activité de l'adénylate
cyclase et donc la quantité d'ATP transformé en AMPc est plus faible et donc la concentration en AMPc diminue.
La translocation de l'AMPc vers les canaux responsable du courant If est plus faible donc le nombre de
canaux susceptibles de s'ouvrir est réduit. La quantité de sodium qui entre est plus faible et la cellule se dépolarise
plus lentement.
13/20
2016-2017
2)
Physiologie
Forte dose d'acétylcholine (correspond à des moments anormaux de la vie :
syncope vagale)
La concentration est de l'ordre de 10-6 à 10-7 molaires. On est à 60 battements/minute.
On observe une hyperpolarisation immédiate de la membrane : le potentiel diastolique maximal passe de
- 60 à - 65 mV. En plus de ça, on observe une diminution de la pente de phase 4.
On donne à la cellule un « handicap » de départ de 5 à 10 mV. Dans ce cas, avec une forte concentration
d'AC, on cumule deux effets qui retardent l'arrivée au seuil de déclenchement: hyperpolarisation et
ralentissement de la phase 4. Le rythme cardiaque se ralentit de façon beaucoup plus marqué. Il peut même
arriver que la cellule reste sans PA : arrêt cardiaque de quelques secondes, avec pour conséquence la perte de
connaissance. C'est la syncope vagale.
D'un point de vue moléculaire, on a le récepteur muscarinique M2 stimulé par l'AC avec activation d'une
protéine GI qui inhibe l'adénylate cyclase, diminue la concentration d'AMPc et donc diminue le courant If.
Avec une forte dose d'AC, on stimule une protéine G différente qui vient interagir directement sur
des canaux potassiques sensibles à l'AC. Ça augmente la probabilité d'ouverture. La membrane est donc plus
perméable au potassium. On se rapproche donc davantage du potentiel d'équilibre selon l 'équation de Nernst, ce
qui provoque une hyperpolarisation.
→ C'est lié à l'ouverture de canaux potassiques sensibles à l'AC mais c'est par l’intermédiaire d'une
protéine G qui vient se fixer sur ce canal. Attention : ce n'est pas un récepteur canal de type nicotinique ! Ces
canaux sont totalement dissociés du récepteur à l'AC.
Nous avons terminé l'étude de ce qui se passe au niveau d'une seule cellule cardiaque : activité
électrophysiologique unicellulaire. On s’intéresse maintenant au recueil du signal sur l'ensemble du cœur sous la
forme d'un électrocardiogramme.
14/20
2016-2017
VI)
Physiologie
Processus de dépolarisation-repolarisation au niveau d'une fibre
myocardique isolée
On a une cellule cardiaque, on la stimule et on place des électrodes uniquement à la surface de cette
cellule. On ne mesure pas une différence de potentiel entre l'extérieur et l'intérieur de la cellule comme
précédemment, mais on mesure une différence de potentiel entre la surface et une autre électrode de référence. On
regarde ce qui se passe lorsque l'onde électrique se propage sur cette cellule.
La cellule est totalement dépolarisée, puis elle va progressivement se repolariser et on va avoir un signal
de sens inverse. Donc quand une onde électrique se propage à la surface d'une cellule, on a un signal qui se
propage correspondant à la dépolarisation et un autre correspondant à la repolarisation. Ces 2 signaux sont en sens
inverse.
C'est ce qui se passe quand on considère une seule cellule. Maintenant, on regarde ce qui se passe quand
on considère l'enregistrement global de l'activité électrique du cœur grâce à des électrodes que l'on place à la
surface du cœur.
VII)
Schéma d'activation ventriculaire
La propagation de l'onde électrique à travers le cœur est un mécanisme totalement coordonné dans l'espace
et dans le temps. Cette propagation de l'onde électrique à travers le cœur peut être assimilée au déplacement d'un
vecteur électrique à travers le cœur à partir d'un point 0.
On se place entre les ventricules à un point 0 et la propagation de l'onde électrique à travers les ventricules
correspondant à la sommation de tous les potentiels de dépolarisation et de repolarisation unitaires, va
correspondre au déplacement d'un vecteur électrique à travers le cœur. La rotation de ce vecteur électrique
représente l'évolution du champ électrique crée par l'activité électrique du cœur.
L'enregistrement d'un électrocardiogramme revient à enregistrer l'évolution globale de ce champ électrique à la
surface du corps.
15/20
2016-2017
Physiologie
VIII) L'électrocardiogramme
Il correspond à l'enregistrement de l'évolution globale du champ électrique à la surface du corps. La
méthode est extrêmement standardisée. Il va y avoir différents types de dérivations. On place les électrodes de
recueil à des points particuliers de façon à ce que l'on puisse comparer, pour une même personne, l'évolution de
l’électrocardiogramme dans le temps et surtout qu'on puisse comparer un électrocardiogramme par rapport à des
standards moyens. Les points sont donc très codifiés. On place 3 électrodes à des endroits stratégiques du corps et
facile d'accès :
–
2 au niveau des 2 poignets.
–
1 au niveau de la cheville gauche.
Pour appliquer les électrodes, on nettoie d'abord la peau avec un mélange alcool-éther pour la dégraisser
sinon mauvaise conduction et on applique un gel conducteur. Ensuite, on place les électrodes. Ces électrodes sont
reliées à un oscilloscope qui permet de mesurer la différence de potentiel entre elles. On a un petit signal de
quelques mV entre les électrodes qui va être amplifié.
A)
Les dérivations standardisées
1)
Les dérivations bipolaires
On mesure les différences de potentiel entre 2 électrodes considérées comme actives. Il n'y a pas d’électrode de
référence, les 2 interviennent pour la mesure. On a :
–
La dérivation DI qui consiste à mesurer la différence de potentiel entre les 2 poignets.
–
La dérivation DII qui consiste à mesurer la différence de potentiel entre le bras droit et la jambe gauche.
–
La dérivation DIII qui consiste à mesurer la différence de potentiel entre bras gauche et jambe gauche.
2)
Les dérivations unipolaires
Cette fois ci, une électrode est active et l'autre est une électrode de référence. Pour constituer l’électrode de
référence, on réunit 2 des électrodes entre elles. Il s'agit des dérivations :
–
AVL : le bras gauche est actif et relié à une borne de l'oscilloscope. La référence est obtenue en reliant le
bras droit et la jambe gauche à la borne opposée. On mesure la différence de potentiel entre cette électrode
de référence et l’électrode active.
–
AVR : le bras droit est actif et relié à une borne et l’électrode de référence est obtenue en reliant le bras
gauche et la jambe gauche à l'autre borne.
–
AVF : le pieds est actif. On relit les 2 bras entre eux pour constituer l’électrode de référence. On mesure la
différence de potentiel entre la référence et le pied gauche.
16/20
2016-2017
B)
Physiologie
Les dérivations précordiales
Ensuite, on a un autre type de dérivation qui consiste à placer des électrodes sur la cage thoracique à des endroits
très codifiés, repérables en comptant les cotes et les espaces intercostaux : ce sont les dérivations précordiales.
Il y a plusieurs électrodes qui entourent la cage thoracique donc le cœur. Ainsi, la variation du champ électrique et
la rotation du vecteur balayent l'ensemble de ces électrodes autour du cœur.
–
L’électrode active est en regard immédiat du cœur.
–
On constitue l’électrode de référence en reliant les électrodes des bras droit et gauche et de la jambe
gauche à une borne de l'oscilloscope.
Les électrodes actives sont situées tout autour de la cage thoracique. On a avoir plusieurs enregistrement. Quand la
rotation du vecteur électrique du champ électrique n'est pas normale, il y a une anomalie à cet endroit.
C)
Tracé ECG
17/20
2016-2017
Physiologie
On a un électrocardiogramme obtenu en dérivation DII. Pour réaliser l'ECG, l'appareil est étalonné pour qu'en
ordonné, une différence de 1cm corresponde à 1mV. La vitesse de défilement du papier est telle que 4 carreaux =
1cm. On peut donc calculer la fréquence cardiaque connaissant la vitesse de défilement du papier.
Quand on effectue l’électrocardiogramme, les appareils effectuent des enregistrements simultanés. On a
simultanément les enregistrement DI, II et III, les unipolaires et les précordiales.
Comment se présente un tracée ECG en DII :
–
Ca débute par une onde vers le haut : l'onde P. Elle correspond à la dépolarisation des oreillettes.
Attention, il s'agit d'une activité électrique. L'onde P ne correspond pas à la contraction des oreillettes,
mais à l'activité électrique de toutes les cellules qui forment les oreillettes : à la fois leur dépolarisation et
leur repolarisation).
Sur un électrocardiogramme, on ne voit pas l'activité du nœud sinusal. La masse de tissu est bcp trop
faible pour que l'on puisse voir, à l'extérieur du cœur et à distance, un tout petit signal électrique
correspondant à l'étincelle qui donne naissance à la stimulation cardiaque. On ne voit que l'activité
électrique des oreillettes gauches et droites (dépolarisation et repolarisation).
–
Puis on revient à la ligne isoélectrique et il y a un délai avant d'observer un second signal. On mesure ce
délai sous la forme de l'espace PR ou PQ. Cet espace correspond au délais de franchissement du nœud
auriculo-ventriculaire. Plus ça prend du temps, plus le délais de franchissement sera long. Plus ça va vite,
plus ce délais est court.
Donc l'onde P est la dépolarisation et repolarisation des oreillettes. L'espace isoélectrique PR est la durée
de franchissement du nœud auriculo-ventriculaire.
–
Ensuite, on a un complexe électrique de grande taille :
•
Il débute par une petite pointe vers le bas : onde Q.
•
Se poursuit par une ascension rapide : onde R.
•
Et un retour rapide : onde S.
•
Ce complexe correspond donc à l'onde QRS.
Sur l’électrocardiogramme, le QRS est la somme de toutes les phases 0 des potentiels d'action des
cellules des ventricules : à la fois des cellules du faisceau de His et de Purkinje mais également des
cellules contractiles.
Ca veut dire que l'espace QS très bref correspond à l'espace de temps qui a était nécessaire pour que toutes
les cellules ventriculaires aient déclenchées un potentiel d'action. L'espace QS est très réduit donc toutes
les cellules ont été stimulées en très peu de temps. Elles ont donc pu se contracter en même temps et
developper une force contractile importante.
Traduction en physiopathologie :
•
Quand le QRS est étroit, ça veut dire que l'onde électrique empreinte correctement tout le tissu
conducteur : faisceau de His (branche droite et gauche), Purkinje et également l'ensemble du tissu
contractile : bonne santé.
•
Si à l'inverse, on a une partie du cœur abimé (zone abimé ou l'onde passe plus lentement sur une
branche du faisceau de His par exemple), on a un ralentissement de la propagation de l'onde électrique
et on aura un délai plus important de l'activation de l'ensemble des cellules cardiaques et on aura donc
un élargissement du QRS.
18/20
2016-2017
Physiologie
•
Même chose, si dans une zone des ventricules, on a des cellules qui commencent à prendre la
commande, à décharger et à envoyer des PA qui se propagent à l'ensemble des ventricules mais sans
utiliser les voies de conductions pour stimuler rapidement tout le coeur mais en utilisant des chemins
de traverses qui constituent des passages de cellules contractiles à cellule contractile, ça va prendre du
temps pour stimuler l'ensemble des ventricules et on aura un allongement considérable du QRS. Dans
les extrasystoles cardiaques d'origine ventriculaire : QRS très élargie.
•
Donc en résumé, le QRS doit être le plus étroit possible, ce qui traduit une vitesse de conduction
optimale de l'onde électrique à travers les ventricules.
–
Puis on revient à la ligne isoélectrique. Elle correspond aux phases 2 des PA des cellules ventriculaires.
–
Puis, on voit apparaître à la fin une onde T. Elle correspond à la repolarisation des cellules ventriculaires,
c'est à dire à la totalité des phases 3 des PA des cellules ventriculaires.
Résumé :
–
Onde P : dépolarisation des oreillettes
–
espace PQ : vitesse de conduction entre les oreillettes et les ventricules
–
onde QRS : dépolarisation des ventricules
–
espace QT : durée des PA
–
Onde T : repolarisation des ventricules
En clinique, on s’intéresse à un autre segment (autre que PR et QRS) : le segment ST qui correspond à la vitesse
de repolarisation des ventricules et plus exactement à la durée des PA ventriculaire : plus la durée des PA
ventriculaires sont longs avec une phase 2 importante, plus le segment ST est important et la repolarisation lente.
Il faut modifier ce segment ST. On parle plus d'espace QT. Il va falloir mesurer cet espace QT, ça donne une idée
de la durée des PA et de la qualité de la repolarisation des ventricules. Mais il va falloir le corriger car la durée de
cet espace QT est fonction de la fréquence cardiaque. Quand la fréquence cardiaque s’accélère, il faut que la
durée des PA diminue pour être capable de placer plus de potentiel d'action dans le même espace de durée. Au
contraire, quand la fréquence cardiaque ralentie, la durée des PA s'allonge.
Donc, en clinique, connaître l'espace QT n'a pas d’intérêt si on ne connait pas la fréquence cardiaque car à chaque
niveau de fréquence cardiaque, il existe en moyenne une durée de l'espace QT idéale. Il existe une formule appelée
le QT corrigé qui corrige la durée de l'espace QT en fonction de la fréquence cardiaque de l'instant. Le cardiologue
en tient compte. Ca permet de voir si le QT est trop long ou trop court.
En clinique, on s’intéresse bcp au QT trop long, c'est à dire à une durée de PA trop longue par rapport à la normale,
car une repolarisation tardive peut être à l'origine de pb de période réfractaire et également, une durée trop
importante des PA peut être à l’origine d'apparition de potentiels oscillants : activité automatique oscillante sur les
cellules ventriculaires qui pourraient générer des troubles du rythme très grave qu'on appelle les torsades de
pointe.
Des médicaments, en particulier les antipsychotiques et certains médicaments antibiotiques sont capables
d'augmenter le QT de façon anormale et donc ils favorisent le risque de propager des arythmies cardiaques de type
torsade de pointe qui peuvent être très graves car elles peuvent entrainer des fibrillations cardiaques.
Quand un cardiologue réalise un électrocardiogramme, il va d'abord regarder la fréquence cardiaque. La fréquence
cardiaque normale au repos balaye le spectre 60 – 100. Le cardiologue repère la fréquence cardiaque en fonction
de l'individu et de la situation, puis il va regarder chaque onde pour voir s'il n'y a pas d'anomalie et chaque
segment pour voir s'il n'y a pas d'anomalie de propagation. On peut avoir des déformations complètes de l'ECG
quand il y a des lésions du tissu, par exemple, lors d'un infarctus du myocarde : le segment ST va disparaître et
s'élever.
19/20
2016-2017
Physiologie
Exemple de l’électrocardiogramme normal : Tracées réel avec différentes dérivations.
Propagation de l’influx à l’intérieur du cœur :
La mesure de l’électrocardiogramme au niveau du cœur correspond à la sommation dans le temps de l'activité de
toutes les cellules. Si on pouvait enregistrer l'activité électrique de toutes les cellules cardiaques, on pourrait
recomposer l’électrocardiogramme. Ici, on a un signal obtenu un plaçant des sondes à différents endroits du cœur.
On a mesuré le passage de l'onde électrique. On se trouve au niveau des oreillettes, du nœud auriculo-ventriculaire
et au niveau des ventricules, on voit aussi l'activité du faisceau de His. On faisant la sommation de milliers
d’électrodes qu'on placerait dans le cœur, on aurait un signal de ce type.
Evolution d'un ECG au cours d'un infarctus du myocarde :
Lors d'un infarctus du myocarde, une partie du cœur qui n'est plus irriguée par le sang car une artère coronaire se
bouche. En situation ischémie, on a une élévation du segment ST. Comme cet infarctus est important et qu'il
traverse complètement la membrane, on va avoir une onde T qui va s'inverser et on va avoir également une onde Q
très pointue qui signale l’existence d'un infarctus à travers toute la paroi du cœur. Pour le spécialiste, l'observation
d'un électrocardiogramme donne donc bcp d'information et l'ECG à la phase aiguë de l'infarctus du myocarde
permet de confirmer l’existence de cet infarctus de façon certaine.
20/20