Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG L’électrocardiogramme Rappels anatomiques

1. Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECGL’électrocardiogramme Rappels anatomiques Le tissus Nodal et myocardique Activité électrique des cellules cardiaques Cellules myocardiques Cellules nodales Notion de potentiel seuil Notion de période réfractaire Notion de conduction Electrocardiogramme Rappels Notion de fibre isolée et de dipôle cardiaque Notion de dérivations Précordiales Des membres Théorie d’Einthoven Notion de vectocardiogramme

2. 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’efficacité thérapeutique.

3. Rappel anatomique Oreillette droite Oreillette gauche Ventricule gauche Ventricule droit

5. Tissus Nodal 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

6. Tissus Nodal 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

7. Tissus Nodal 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

8. Exemple de cellules myocardiques liées entre elles par des Gap junctions (Bande sombre)

9. Le noyau unique et central, est fléché en 1. Le cytoplasme, en 2, contient des myofibrilles où l'on retrouve la même striation transversale que dans le muscle strié squelettique. En 3, autour du noyau, existe une zone cytoplasmique dépourvue de matériel contractile : c'est le fuseau sarcoplasmique.

10. Le coeur possède des cellules myocardiques particulières. Ce sont les cellules cardionectrices dont le rôle est de coordonner les battements du coeur. Dans le myocarde de mouton, nous en observons un type au niveau de la flèche: ce sont les cellules de Purkinje, cellules volumineuses, que l'on rencontre au niveau de l'endocarde, dans les travées conjonctives. 

11. Cellules de Purkinje

12. Cellules du tissus nodal sont larges; la zone cytoplasmique centrale est claire. Elle contient les noyaux visibles uniquement lorsque le niveau de la coupe est favorable. La masse contractile est disposée en un fin manchon périphérique ou en lames minces visibles dans ces coupes transversales sous forme d'un liseré de petits traits rouges

13. 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 4 msec Comparaison PA fibres myocardiques et PA neurones

14. 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

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

16. 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) 2: Entrée de Ca et de Na par des canaux lents 3 : Sortie de K+ 4 : Pompe Na/K -90 mV 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 ECG

17. Comparaison Cellules myocardiques – Cellules nodales Le potentiel d’action dans les cellules nodales est différent de celui des cellule myocardiques. Dans la phase 4 il existe une dépolarisation progressive dans les cellules nodales qui remplace la période stable des cellules myocardiques autorisant les dépolarisations spontanées. Dans la phase 0, la phase de dépolarisation rapide initiale liée à une entrée de Na dans les cellules myocardiques et est liée à une entrée de Ca dans les cellules du tissus nodal. Cellules myocardiques Cellules nodales

18. Notion de potentiel seuil S1, S2 et S3 représentent 3 stimuli extra cellulaires d’intensité croissante délivré sur une cellule au repos dont le potentiel de repos est – 90 mV. Seul S3 dépolarise suffisamment la membrane pour qu’elle atteigne le potentiel seuil et que le potentiel d’action soit déclenché. Un seuil d’activation est nécessaire pour déclencher un potentiel d’action

19. 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.

20. Notion de conduction Les PA spontanées du nœud sinusal permettent aux cellules auriculaires voisines d’atteindre le potentiel seuil Les PA auriculaires stimulent les cellules voisines et les dépolarisent L’onde d’excitation progresse de proche en proche et envahit l’ensemble des oreillettes Puis passage au nœud Auriculo-ventriculaire, seule voie de conduction vers les ventricules Puis passage dans le tronc du faisceau de Hiss Puis activation des cellules de Purkinje Puis activation des cellules musculaires ventriculaires à partir des fibres de Purkinje Activation de l’endocarde vers l’épicarde (int vers ext)

21. 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

22. - Onde P: Dépolarisation auriculaire - Intervalle PR temps de conduction auriculo ventriculaire - Onde QRS Dépolarisation ventriculaire, correspond à toutes les phases 0 de tous les PA ventriculaires - Intervalle ST Plateau du PA - Onde T: repolarisation ventriculaire

23. 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

24. 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

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

26. 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

27. 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 Et donc est appelé le moment dipolaire

28. 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 +++++ - - - - -

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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.

33. 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 auxquels 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

34. Résultats des enregistrements en fonction des dérivations

35. 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 Ou r représente la distance entre le point de mesure (l’électrode) et l’origine du dipôle cardiaque

36. Hypothèse 2: L’origine du vecteur moment peut être considéré comme fixe. Elle est appelé centre électrique du cœur. 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 au cours du cycle cardiaque On aboutit ainsi au vectocardiogramme

37. R L F 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 Schéma P134 Comme (Hypothèse 1) idem pour VL, VF Comme la distance est la même pour tous les points de mesure au cours du cycle cardiaque (hypothèse 2) et du fait du triangle d’Eithoven (Hypothèse 3) On a donc si Et donc

38. 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. Ceci définit la borne de Wilson Un potentiel de référence étant indispensable pour mesurer une différence de potentiel Montage Équivalent électrique sur le triangle d’Einthoven

39. Selon la loi des nœuds de Krirshoff Le potentiel à la borne de Wilson Ce qui permet d’utiliser VW comme référence dans les montages unipolaires

40. R L F Si on considère des montages bipolaires On en déduit que D1 D2 D3 Ainsi les ddp D1 sont aussi proportionnelles à la projection du moment cardiaque sur l’axe de la dérivation correspondante

41. On aboutit aux axes de Bailey Les 6 dérivations représentent les variations au cours du temps des projections du vecteur cardiaque sur les 6 axes de Bailey -90° R L F VL VR 180° D1 0° VF D2 D3 90°

42. Notion de vectocardiographie ou VCG. C'est une technique d'électrocardiographie qui a l'avantage de donner et de permettre d'étudier l'orientation et la progression de l'activité électrique cardiaque grâce à la représentation des vecteurs instantanés de l'activité électrique du cœur, et donc d'analyser avec beaucoup plus de précision qu'un ECG "normal", les principales anomalies cardiaques, comme: - l'hypertrophie d'une cavité cardiaque (oreillette ou ventricule), - l'insuffisance cardiaque ou - un trouble de la conduction dans le tissu nodal et le myocarde (muscle cardiaque, compris entre l'endocarde et le péricarde), - l'infarctus du myocarde ou une myocardiopathie, entre autres. Pour sa construction, on peut utiliser les points synchrones des différentes déflexions observées à un instant donné selon deux dérivations perpendiculaires et les projeter dans le triangle d’Einthoven pour en déterminer la direction et la grandeur.

44. Calcul de l’axe cardiaque à partir du QRS mesuré sur les dérivations unipolaires VL, VF et bipolaires D1, D2 en associant la borne de Wilson A chaque instant t on réalise la moyenne des amplitudes de potentiels positives et négatives On reporte ses valeurs sur les axes notamment D1 et VF qui sont perpendiculaires et on obtentient une succession de vecteurs instantanés qui vont construire le vectocardiogramme dans un plan frontal. On évalue les moyennes des projections du vecteur cardiaque sur les deux axes perpendiculaires D1 et VF

46. Vectocardiogrammes normaux et pathologiques

47. Exemples de vectocardiogrammes Pathologiques