Électrophysiologie cardiaque

1. Électrophysiologie cardiaque Année universitaire 2005/2006

2. 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++

3. 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

4. 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.

5. Potentiel de repos Différence de potentiel entre extérieur cellule chargée (+) et intérieur cellule chargée (-)  potentiel de reposqui 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+).

6. 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).

7. 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.

8. 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

9. 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

10. Variations conductances fonction Em et temps

11. 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+

12. PA  site d’enregistrement: 2 types 1/ PA calciques ou réponses lentes: NS. NAV 2/PA sodique ou réponses rapides (P. A. V)

13. 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

14. 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

15. Propriétés des cellules cardiaques

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

17. Excitabilité

18. 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

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

20. Cycle d’excitabilitépériodes 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)

21. Cycle d’excitabilitépériodes 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)

22. 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)

23. 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.

24. 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)

25. Automatisme

26. 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

27. 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

28. 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.

29. 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)

30. Conduction

31. 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

32. 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.

33. 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

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

35. 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 

36. 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.

37. 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.

38. 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 »

39. 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

40. 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