I. ANATOMIE DU TISSU DE CONDUCTION

Un cœur de grenouille isolé et placé dans une solution contenant oxygène et nutriment continue de battre pendant plusieurs heures (de même pour un cœur de rat). Le cœur est en effet doué d’un automatisme (=fonctionnement indépendant du cerveau) contrairement aux muscles striés. Il a une origine myogène et comporte 2 types de cellules spécialisées :

• les cellules nodales (à l’origine du rythme cardiaque)
• les cellules du tissu conducteur (à l’origine de la propagation de l’influx nerveux).

Au niveau du cœur le tissu électrogénique est composé de différents cardiomyocytes (= cellules du tissu contractile répondant à la stimulation par un raccourcissement = couplage excitation-contraction ; et transmettant l’influx électrique) :

Les cellules cardionectrices

• Constituent le tissu électrogénique
• Contiennent peu de myofibrilles, mais sont riches en jonctions de type GAP pour permettre la transmission du potentiel d’action
• Génèrent et transmettent automatiquement des impulsions électriques
• Situées au niveau de zone contenant du tissu conjonctif et des fibres nerveuses du système nerveux autonome

Les cellules cardionectrices sont bien des cardiomyocytes spécialisé (donc ce ne sont pas des cellules nerveuse). Les différents acteurs en jeu, au niveau du tissu électrogénique sont :

- La membrane biologique : imperméable aux ions et aux charges électriques, capables d’accumuler de façon asymétrique des charges électriques

- Les canaux : protéines membranaires permettant le passage des ions

- Conductance d’un canal ionique : correspond à la capacité de ce canal à laisser passer l’ion en question (inverse de la résistance)

Le nœud sinusal est une petite bandelette musculaire qui se situe dans l’OD. C’est le pacemaker physiologique du cœur, la structure d’où naissent les impulsions électriques et c’est le nœud sinusal qui impose le rythme cardiaque (=rythme sinusal).

Il existe une barrière étanche entre les oreillettes et ventricules. Le nœud auriculo-ventriculaire représente l’unique passage de l’influx entre l’oreillette et les ventricules. Il se trouve à l’abouchement de la veine cave supérieure.

Si on s’attarde sur la jonction oreillettes / ventricules : Au niveau des valves, le tissu conjonctif sous-endocardique est très fibreux. Les cellules atriales et ventriculaires s’y attachent sans communiquer au niveau de cette structure fibreuse. Il n’y a pas de connexion myocardique = isolation électrique. L’impulsion générée par le nœud sinusal ne pourra, dans des conditions physiologiques, atteindre les ventricules qu’en empruntant le nœud auriculo-ventriculaire (AV).

Le nœud sinusal est vascularisé par l’artère du nœud sinusal et le nœud auriculo-ventriculaire par l’artère du nœud auriculo-ventriculaire. Ces deux artères sont des branches de l’artère coronaire droite.

La vitesse de conduction n’est pas la même tout le long du parcours. Au niveau du faisceau de His jusqu’aux fibres de Purkinje on a une conduction rapide (1,5 à 4 m/s) pour deux raisons :

- Au niveau du faisceau de His, on a une taille importante des fibres et une grande perméabilité des jonctions

- Au niveau des fibres de Purkinje : extrémité des voies de conduction = réseau complexe de fibres spécialisées et localisées entre l’endocarde et le myocarde.

Au niveau des fibres de Purkinje et des cellules musculaires il y a une conduction lente (0,3 m/s) permettant la transmission de l’impulsion de cellule musculaire à cellule musculaire. Petit récapitulatif important à connaitre :

L'anatomie du tissu de conduction :

❖ Le Nœud Sinusal qui est le pacemaker du cœur, le centre de contrôle qui donne l’impulsion électrique au reste des cardiomyocytes.

❖ Le Nœud Auriculo-ventriculaire qui est l’unique passage du courant entre les oreillettes et les ventricules. Il a un rôle de filtre de protection.

❖ Le Faisceaux de His où la vitesse de conduction est la plus rapide.

❖ Les Fibres de Purkinje où la vitesse de conduction ralentie, pour avoir le temps de dépolariser chaque cardiomyocyte.

II. ELECTROPHYSIOLOGIE CELLULAIRE CARDIAQUE

Le cœur n’obéit pas au SNC, son activité est automatique mais il subit l’influence du système nerveux autonome (=végétatif). Il génère automatiquement des impulsions électriques et transmet ces impulsions à l’ensemble des structures cardiaques. Les cellules cardiaques sont caractérisées par :

- Le potentiel de repos : dû à la différence de répartition ionique de part et d’autre de la membrane cellulaire. Il dépend essentiellement de 3 ions (Na+, K+ et Ca2+), avec un gradient maintenu grâce à la pompe Na+/K+ et l’échangeur Na+/Ca2+ (la pompe Na+/K+ permet de faire sortir le sodium et de faire rentrer le potassium).

- Le potentiel d’action : inversion de la polarité en un point avec modification brusque de la perméabilité cellulaire via des canaux. Il y en a 2 types :

PA rapide (myocytes auriculaires et ventriculaires, Purkinje)

PA lent (Noeud sinusal, auriculo-ventriculaire et His).

Un cardiomyocyte est chargé positivement à l’extérieur et négativement à l’intérieur (potentiel de base –90mV).

• Grâce aux canaux, les ions passent du milieu le plus concentré vers le moins concentré, alors que les pompes agissent contre le gradient de concentration. C’est pour cela que les pompes sont considérées des transporteurs actifs car elles utilisent de l’ATP.

Dépolarisation = changement rapide du potentiel de membrane (le potentiel devient moins négatif ou positif).

Repolarisation = retour à l’état basal

Hyperpolarisation = le potentiel devient plus négatif que l’état basal

Effet chronotrope = Adaptation de la fréquence cardiaque

• Positif : augmentation de la fréquence cardiaque
• Négatif : diminution de la fréquence cardiaque

Effet dromotrope = Adaptation de la vitesse de conduction

• Positif : augmentation de la vitesse de conduction
• Négatif : diminution de la vitesse de conduction

Effet ionotrope = Renvoie à la contractilité cardiaque

• Positif : augmentation de la contractilité
• Négatif : diminution de la contractilité

Effet bathmotrope = Renvoie à l’excitabilité cardiaque

• Positif : augmentation de l’excitabilité cardiaque
• Négatif : diminution de l’excitabilité cardiaque

III. LE POTENTIEL D’ACTION RAPIDE (=PA SODIQUE)

Le potentiel d’action sodique est déclenché à la suite d’une stimulation. Il est instable ce qui permet l’automatisme du cœur.

1. Base de l’électrophysiologie : Le gradient électro-chimique

Comment né le potentiel d’action ? On va s’intéresser aux cellules donc aux cardiomyocytes, chargées négativement à l’intérieur au repos, grâce à la répartition de part et d’autre de la membrane plasmique des 3 ions principaux Na+, K+ et Ca2+. Ce qui va générer deux types de gradients :

-> gradient de concentration : comment les ions sont répartis de part et d’autre de la membrane

-> gradient électrique : quelle est la différence de potentiel de part et d’autre de la membrane.

Les deux sont liés entre eux.

❖ Gradient de concentration : Tout se passe de part et d’autre de la membrane plasmique du cardiomyocyte, mettant en jeu la pression osmotique et les mouvements passifs.

Si l’on met des ions Na+ à l’extérieur ils se répartissent dans tout l’espace mais comme la membrane plasmique est imperméable ils vont rester à l’extérieur de la cellule. En revanche si l’on rajoute des canaux perméables au Na+, quand ils seront ouverts ils feront entrer le sodium dans la cellule. Ainsi, les ions se répartissent de part et d’autre de la membrane.

Si j’ai le même nombre d’ions Na+ de part et d’autre de la membrane, il n’y a ni de gradient de concentration ni de gradient électrique. Cependant si l’on met des pompes qui vont faire sortir activement les ions Na+ de la cellule il y a la création d’un gradient de concentration avec beaucoup de Na+ à l’extérieur et quasi rien à l’intérieur. De même on crée un gradient électrique avec toutes les charges positives à l’extérieur. Sans les pompes, le sodium se répartira grâce aux échangeurs de part et d’autre de la membrane et occupera tout l’espace. Donc c’est grâce aux pompes que l’on a la création d’un gradient électro-chimique.

Une cellule polarisée correspond à une répartition des ions positifs à l’extérieur et très peu d’ions positifs à l’intérieur. On va pouvoir retrouver la répartition classique des ions de part et d’autre de la membrane avec le Na+ et le Ca2+ en EXTRA-cellulaire, K+ en INTRA-cellulaire. Ainsi on a un gradient électro-chimique qui donne la polarisation d’une cellule au repos à -90mV car plus de charges négatives à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur.

PS. Dans la réalité c’est un peu plus complexe car il y a bien un peu de Na+ à l’intérieur, plus des protéines qui peuvent aussi être chargées.

Les pompes utilisent l’ATP et les échangeurs vont utiliser le gradient électro-chimique qui est créé grâce aux pompes (donc on pourrait dire qu’ils utilisent indirectement l’ATP).

2. Différentes phases du PA sodique :

PHASE 1 :

• Dépolarisation très rapide (1ms)
• Due à un courant sodique entrant (INa )
• Les canaux sodiques sont bloqués expérimentalement par la tétrodotoxine (TTX)
• Les canaux sodiques sont voltages dépendants, ça veut dire qu’ils s’ouvrent en fonction de la polarité membranaire et s’inactivent progressivement avec leur fermeture
• Phénomène de rétroaction positive : dépolarisation cellulaire entrainant l’ouverture des canaux sodiques et inactivation progressive des canaux qui entraine leur fermeture.
• Repolarisation initiale due à un courant transitoire potassique voltage dépendant
• Le tétraéthylammonium (TEA) inhibe cette phase

PHASE 2 :

• Phase de plateau
• Balance entre les courants entrants positifs (tendent à dépolariser la membrane) et les courants sortants positifs (tendent à repolariser la membrane)
• Courant calcique entrant (ICA ) voltage dépendant
• Plusieurs canaux différents, notamment de type L
• Rôle essentiel pour la contraction myocardique provoquant la libération de calcium par le rétinaculum sarcoplasmique
• Ca-induced Ca-release
• En fin de phase 2, courant potassique sortant retardé (IK ) voltage dépendant
• La phase 2 est fondamentale, c’est elle qui est responsable de la contraction du muscle cardiaque.

PHASE 3 :

• Phase finale de repolarisation
• Le courant calcique ICA diminue (inactivation)
• Le courant potassique sortant (IK) continue d’augmenter (activation)
• Jusqu’à la repolarisation finale durant laquelle le Na+ est en extracellulaire.
• Pendant cette phase, on revient à -90 mV.

PHASE 4 :

• Phase du potentiel de repos qui est négatif (-90mV environ)
• Mise en action des Pompes Na+/K+ ATPase et des échangeurs Na+/Ca2+
• Sur le plan énergétique, la dépolarisation est une phase qui est peu couteuse en ATP.
• La repolarisation consomme de l’ATP, permettant une reconstitution du gradient électrique par l’extrusion active de Na+ (3Na+ pour 2K+ = pompe Na/K ATPase)

Lors du déclenchement d’un potentiel d’action les pompes Na+/K+ ATPase et l’échangeur Na+/Ca+ jouent un rôle essentiel : permettent de rétablir les valeurs normales de Na+, Ca2+ et K+ de part et d’autre de la membrane.

A la fin de la repolarisation ils permettent de répartir les ions de part et d’autre de la membrane cellulaire pour permettre la genèse d’un nouveau potentiel d’action. Le but étant de revenir à l’état de base sinon on ne pourrait pas avoir un enchaînement des potentiels d’actions.

La pompe Na+/K+ ATPase agit pendant la repolarisation, elle fait sortir 3 Na+ pour faire entrer 2 K+.

Cette action consomme de l’ATP (1ATP) et elle sera couplée à un échangeur.

L’échangeur Na+/Ca2+ dépend de la pompe Na+/K+ et est sensible au rapport Na intercellulaire / Na extra cellulaire. Cet échangeur va faire entrer 3 Na+ et sortir 1 Ca2+. A la fin, le K+ sera intra cellulaire, Ca2+ extra cellulaire et Na+ extra-cellulaire.

Les concentrations ioniques varient très peu au cours du PA. 40 millions d’ions Na+ entrent dans un cardiomyocyte au cours d’un PA et la cellule elle-même contient environ 200 milliards d’ions Na+ (donc on a une augmentation intra cellulaire de 0.02%). Pour le potassium cette augmentation est de 0.001%.

IV. LE POTENTIEL D’ACTION LENT

• Explication du potentiel d’action lent (calcique) :

 Le potentiel d’action lent est responsable de l’automatisme du cœur +++

 Contrairement au potentiel d’action rapide (sodique), le potentiel d’action lent manque des phases : les phases 1 et 2 sont absentes.

 Il a un potentiel de repos instable +++ dû au courant de cations (surtout le sodium) qui dépolarise la cellule. Ce courant est appelé If (« funny » car ceux qui l’ont découvert, ont trouvé drôle ce courant entrant qui maintient le potentiel instable) et c’est lui qui donne le potentiel de repos instable au niveau des cardiomyocytes.

 Quand le potentiel de repos instable atteint un potentiel seuil aux alentours de - 50mV, ça génère un potentiel d’action.

 Dès que la cellule atteint le potentiel seuil, le potentiel d’action lent va se régénérer puisqu’on va avoir une entrée de sodium et de calcium.

 Ce potentiel va se propager aux cardiomyocytes qui ont un potentiel d’action rapide qui vont se contracter et transmettre le PA à toutes les autres cellules.

 Phase 3 : sortie de potassium

 Phase 4 : échange d’ion

Potentiel d’action sodique et calcique : à bien connaitre !

V. MODULATION DU POTENTIEL DU NŒUD SINUSAL

On peut modifier la fréquence cardiaque par modification du potentiel du nœud sinusal : cette modulation peut se faire par le système nerveux sympathique (autonome), l’adrénaline, le nerf vague… La stimulation vague permanente repose sur la diminution du potentiel diastolique maximum, ce qui ralentit le cœur. Lors d’un malaise vagal, on a une hyperstimulation du nerf vague, donc le potentiel diastolique baisse, donc la fréquence cardiaque baisse et cela cause un malaise. On peut donc faire varier la FC en fonction de ce PA, soit :

• En modifiant le potentiel seuil ce qui revient à modifier le seuil de la conductance calcique :

Si on diminue le potentiel seuil, il sera atteint plus vite, donc on aura une dépolarisation plus fréquente = on augmente la FC.

Si on augmente le potentiel seuil, il sera atteint plus tardivement = diminution de la FC. C’est une adaptation que l’on retrouve au repos, pendant le sommeil.

• En modifiant le potentiel de repos :

Si on augmente le seuil du potentiel de repos, on augmente la FC [augmenter le seuil du PR signifie passer par exemple de –60mV à -50mV. On atteint alors plus rapidement le potentiel seuil de –40mV].

• En modifiant la pente de dépolarisation CAD en augmentant ou en diminuant le courant if sodique :

Il existe une pente de dépolarisation diastolique lente (pente de prépotentiel) entre deux potentiels d’actions différents. Si on augmente la pente télédiastolique lente, cela avance la prochaine dépolarisation et on augmente donc la FC.

Ce phénomène est modifiable par le système sympathique, les catécholamines, la fièvre …

VI. NOTION D’EXCITABILITE ET DE PERIODE REFRACTAIRE

Une cellule cardiaque qui a déclenché un PA va être inexcitable pendant un certain temps. En termes de conductance, cela signifie qu’un canal sodique qui a été ouvert doit se refermer pour pouvoir s’ouvrir à nouveau. Pendant toute cette période, aucun nouveau PA n’est possible.

VIII. INFLUENCE DU SYSTEME NERVEUX AUTONOME

Au niveau du système nerveux orthosympathique, on retrouve deux types de récepteurs adrénergiques : alpha et beta.

Les bétabloquants B1 sont cardio-sélectifs : ils permettent de mettre des betas bloquants chez les asthmatiques (pas toujours tolérés).

Les récepteurs alpha sont surtout utiles pour la vasoconstriction.

Les récepteurs alpha sont plus sensibles à la noradrénaline, et les betas à l’adrénaline.

Le système nerveux automatique est là pour réguler la contraction du cœur, sa contraction elle est automatique !

L’aspect du PA varie en fonction de la zone du cœur où on se trouve ! Au niveau du nœud sinusal on a le PA « classique ».

Le nœud sinusal est le pacemaker physiologique du cœur, il prend le dessus car sa fréquence est la plus haute. S’il ne fonctionne plus, il y aura des relais par le nœud auriculo-ventriculaire (mais fréquence plus basse), il est en condition physiologique couvert par le nœud sinusal. C'est la notion d’échappement (quand le nœud sinusal est défaillant et que l’étage d’en dessous va devoir prendre le relais).

Si les deux ne fonctionnent pas, il y aura quand même un échappement au niveau du faisceau de His (rare mais possible).

IX. L’ELECTROCARDIOGRAMME

Les liquides de l’organisme sont de bons conducteurs. Il est donc possible de faire l’enregistrement extracellulaire des potentiels d’action cardiaques. L’ECG est un enregistrement extracellulaire de la somme de tous les potentiels d’action se propageant dans le cœur, il enregistre le courant qui passe entre deux électrodes.

On positionne les électrodes dans le plan frontal et précordial.

Il existe deux types de dérivations, unipolaires et bipolaires (dans l’ECG on utilise 12 dérivations).

Au repos, un myocyte est chargé positivement à sa surface et négativement à l’intérieur, on parle de diastole électrique ou mécanique. Si la fibre myocardique est excitée on observe une inversion des charges électriques = on parle donc de dépolarisation.

Il est important de noter que la dépolarisation s’effectue dans une direction précise. Par convention, un dipôle est orienté du – vers le + (polarité de la surface cellulaire).

L’activation myocardique se fait progressivement : tout d’abord la dépolarisation auriculaire (Onde P) puis la dépolarisation ventriculaire (QRS).

Pour la dépolarisation ventriculaire : dans un premier temps on a l’activation septale, dans un second temps l’activation pariétale et pour finir l’activation basale. Ensuite on va avoir une repolarisation ventriculaire (onde T).

À connaitre la correspondance des ondes P, QRS, et de l’onde T !

L’ECG est un examen très utile et pratique en clinique. Il permet de définir ou caractériser de nombreuses pathologies cardiaques

- Au niveau de la fréquence (rappel fréquence normale = 70 bpm si <50bpm = bradycardie et si >100bpm = tachycardie)

- Trouble de la conduction (problème de propagation de l’influx) : bloc entre l’oreillette et le ventricule (bloc auriculo-ventriculaire)

- Trouble du rythme : rythme irrégulier (fibrillation atriale), trouble du rythme ventriculaire (tachycardie ventriculaire, fibrillation ventriculaire)

- Trouble de la repolarisation : détecte les infarctus du myocarde

- Autres cardiopathies

L’onde QRS fait 80ms donc le cœur met 80ms pour se dépolariser.