Système cardiovasculaire - Cours 2 PDF

Électrophysiologie cardiaque REA 1001 Martin Aguilar, MD PhD 28 octobre 2024 Objectifs 1. Décrire les phases du potentiel d’action cardiaque 2. Comprendre la relation entre les évènements électriques et mécaniques du cycle cardiaque 3. Compr...

Électrophysiologie cardiaque REA 1001 Martin Aguilar, MD PhD 28 octobre 2024 Objectifs 1. Décrire les phases du potentiel d’action cardiaque 2. Comprendre la relation entre les évènements électriques et mécaniques du cycle cardiaque 3. Comprendre la relation entre les déflections/intervalles de base de l’ECG et les évènements électriques du cycle cardiaque 4. Décrire les mécanismes et traitements de base des arythmies cardiaques Plan 1. Le potentiel d’action cardiaque 2. Le cycle cardiaque électrique 3. L’électrocardiogramme 4. Les arythmies cardiaques = à l’examen! Le système électrique cardiaque, indispensable à la fonction normale du cœur organiser de façon à optimiser la fonction mécanique du coeur (puisque le role principal est de pomper le sang pour qu’il puisse circuler) À quoi sert le système électrique cardiaque? rythme cardiaque s’adapte à nos mouvements (calme vs sport) À générer un rythme cardiaque à une fréquence appropriée pour les besoins physiologiques ✓ Assurer la contraction organisée des différentes cavités du cœur ✓ Prévenir les fréquences cardiaques trop lentes (bradycardie) et trop rapides (tachycardie) bonne fréquence et bonne séquence Débit cardiaque Besoins physiologiques de base Fréquence cardiaque 0 50 100 150 200 (bpm) 1. Le potentiel d’action cardiaque Le potentiel d’action cardiaque cardiomyocytes ont la capacité d’avoir un potentiel entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule (potential d’action) Phase 1 +40 mV Phase 2 0 mV Phase 3 Phase 0 Axe vertical: Phase 4 Différence de voltage entre l’extérieur et l’intérieur d’une cellule cardiaque 500 ms ++++++++++++++ (0.5 s) --------------- Axe horizontal: Temps Le potentiel d’action est une représentation graphique du voltage transmembranaire d’une cellule cardiaque en fonction du temps  Voltage transmembranaire (mV) K+ Na+ Ca2+ +20 3 ions essentiels au fonctionnement électrique du coeur 0 K+ Na+ Na+ K+ Extra Na+ K+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ -80 K+ Temps (ms) V Na+ Na+ K+ Na+ K+ Na+ K+ Intra K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ au niv. ionique: il faut imaginer une membrane cellulaire (et on mesure le voltage à l’intérieur et l’extérieur de la cellule) même nombre de K et Na de chaque cote, V=0 premier acteur: pompe Na-K ATPase (prend Na de l’intérieur et l’amène à l’extérieur et prend K et l’amène à l’intérieur) pomple électrotonique 8  Voltage transmembranaire (mV) +20 0 K+ Na+ Na+ K+ Extra Na+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ Na + Na+ Na+ Na+ -80 3Na+ K+ Temps (ms) V Na+/K+ bcp de K à l’intérieur, donc K va vouloir sortir de la cellule, car il y a un gradient de concentration (haut à basse concentration) ATPase Na+ 2K+ K+ Na+ K+ Na+ intérieur de la cellule va devenir de plus en plus négative Na+ K+ Na+ K+ Intra K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ potentiel devient plus négative canal ionique: protéine qui ??? membrane est imperméable aux ions donc ils ont besoin d’une porte pour y passer 9  KCNJ2 Voltage transmembranaire (mV) Kir2.1 +20 RMP LQTS 7 (ATS) 0 Na+ Na+ Extra Na+ K+ Na+ K+ Na+ K+ Na+ Gradient de concentration Phase 4 Na+ Na+ -80 3Na+ + Temps (ms) V Na+/K+ IK1 - IK1: inward rectifier K+ current ATPase 2K+ K+ Na+ K + K+ K+ Gradient électrostatique Intra K+ K+ Na+ K+ K+ K+ Na+ RT [X]o permet de calculer potentiel d’équilibre pour un ion donné Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i 8.31 x 300 4 EK = ln = -91 mV potentiel de repos (phase 4) 10 9.65 x 104 140  Voltage transmembranaire (mV) si on stimule un cardiomyocyte (en donnant charges positives), V transmembranaire devient moins négative et si on le stimule suffisamment pour atteindre seuil Vm, les canaux ioniques (sodiques) vont s’ouvrir +20 Na rentre dans cellule (V devient positif et potential augmente rapidement): membrane déporalisée 0 Phase 0 Extra K+ Na + -80 Seuil Vm Na+ Temps (ms) Stimulus V Na+/K+ IK1 INa ATPase K+ K+ Na+ INa: rapid inward Na+ current Intra RT [X]o Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i 8.31 x 300 145 ENa = ln = +50 mV 11 9.65 x 104 20  canaux sodiques ferment: 2 canaux potassiques ouvrent Voltage transmembranaire (mV) bcp de K à l’intérieur à l’int.: K va vouloir sortir (en sortant, ça va vouloir repolariser la membrane pour qu’elle devienne +20 négative) phase 1: phase de repolarisation précoce 0 Phase 1 Extra K+ -80 Na+ Temps (ms) V Na+/K+ IK1 INa Ito IKur ATPase K+ K+ Intra Ito: transient outward K+ current IKur: ultra-rapid delayed rectifier K+ current RT [X]o Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i 8.31 x 300 4 EK = ln = -91 mV 12 9.65 x 104 140  Voltage transmembranaire (mV) +20 0 Extra Adrenergic+modulation K -80 Na+ + +++ Temps (ms) V Na+/K+ IK1 INa Ito IKur IKr IKs ATPase K+ K+ Intra IKur: ultra-rapid delayed rectifier K+ current IKr: rapid delayed rectifier K+ current RT [X]o IKs: slow delayed rectifier K+ current Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i 8.31 x 300 4 EK = ln = -91 mV 13 9.65 x 104 140  Voltage transmembranaire (mV) canaux calciques qui ouvrent presque 0 calcium dans l’espace intracellulaire (plus présent dans l’espace extracellulaire) +20 0 Phase 2 Extra Ca 2+ Adrenergic modulation K+ -80 Na+ + +++ ++ Temps (ms) V Na+/K+ IK1 INa Ito IKur IKr IKs ICa,L ATPase K+ Ca2+ K+ Intra IKur: ultra-rapid delayed rectifier K+ current IKr: rapid delayed rectifier K+ current RT [X]o IKs: slow delayed rectifier K+ current Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i ICa,L: L-type Ca2+ current 8.31 x 300 4 8.31 x 300 2 mM EK = ln = -91 mV ECa = ln = +130 mV 14 9.65 x 104 140 9.65 x 104 70 nM  Voltage transmembranaire (mV) canaux calciques vont fermer présence de Ikr et Iks qui sont ouverts et qui vont réussir à ammener potential d’action à -190mV (phase de +20 repolarisation complète) 0 Phase 3 Extra Adrenergic modulation + +++ ++ -80 Na+ Temps (ms) V Na+/K+ IK1 INa Ito IKur IKr IKs ICa,L ATPase K+ Intra IKur: ultra-rapid delayed rectifier K+ current IKr: rapid delayed rectifier K+ current RT [X]o IKs: slow delayed rectifier K+ current Équilibre = Potentiel de Nerst = ln zF [X]i ICa,L: L-type Ca2+ current 15 Le potentiel d’action cardiaque: résumé chaque phase means il y a un canal particulier qui est ouvert Phase 0: dépolarisation rapide à la fin de chaque phase, les canaux se ferment Phase 1 Phase 1: repolarisation précoce Canaux K+ Phase 2: plateau +40 mV Phase 2 Phase 3: repolarisation finale Canaux K+ et Ca2+ Voltage transmembranaire 2 canaux qui ouvrent en même temps Phase 4: potentiel de repos 0 mV Phase 3 Canaux K+ Phase 4 Canaux K+ Phase 0 Canaux Na+ 0 250 Temps (ms) Exemple de question d’examen Lequel de ces énoncés est vrai: 1. La phase 0 du potentiel d’action est déterminée par le courant Ca2+ 2. La phase 1 du potentiel d’action est déterminée par un courant K+ 3. La phase 2 du potentiel d’action est déterminée par le courant Na+ 4. La phase 3 du potentiel d’action est le potentiel de repos 5. La phase 4 du potentiel d’action est aussi appelée le ‘plateau’ Le système électrique cardiaque organisé pour permettre de se contracter se façon séquentielle pacemaker du coeur: détermine fréquence cardiaque Nœud sino-auriculaire (NSA) type de potentiel d’action différent: n’a pas de phase 4 Oreillettes Nœud atrio-ventriculaire (NAV) Système His-Purkinje Ventricules Potentiel d’action à réponse rapide et lente Potentiel d’action à réponse rapide et lente présentes dans cellules cardiaques de tout le coeur sauf noeuds Réponse rapide Réponse lente Oreillettes NSA Localisation Ventricules NAV Système His-Purkinje Phase 0 Na+ Ca2+ Activation Rapide Lente Récupération Rapide Lente Exemple de question d’examen Laquelle de ces associations est vraie: 1. Les cardiomyocytes à réponse rapide – oreillettes/nœud sino- auriculaire/nœud atrio-ventriculaire 2. Les cardiomyocytes à réponse rapide – phase 0 déterminée par canaux Na+ 3. Les cardiomyocytes à réponse rapide – adultes; les cardiomyocytes à réponse lente – enfants 4. Les cardiomyocytes à réponse lente – oreillettes/ventricules/système His- Purkinje 2. Le cycle cardiaque électrique Le cycle cardiaque – correspondance entre les évènements électriques et mécaniques représentation de l’activité électrique du coeur en fonction du temps niv. mécanique du coeur Le couplage électro-mécanique: énergie électrique en énergie mécanique Énergie électrique Énergie mécanique Le couplage électro-mécanique: aspects ioniques calcium se lie à récepteur de la réonidine Ca2+-induced Phase 2 Ca2+-release (plateau) Homéostase Ca2+ 75% du calcium est récupéré par SERCA 25% est retiré par échangeur sodium-calcium Contraction mécanique noir: événement électrique (potentiel action) bleu: concentration calcium intracellulaire Le couplage électro-mécanique: aspects mécaniques TnI inhibe l’interaction entre actine et myosine Le liage de Ca2+ - TnC retire l’inhibition de TnI Actine et myosine peuvent interagir plusieurs types de troponine Contraction  Couplage excitation-contraction: résumé TnI inhibe l’interaction entre actine et myosine Le liage de Ca2+ - TnC retire l’inhibition de TnI 75% du calcium est récupéré par Actine et myosine peuvent interagir SERCA Contraction 25% est retiré par échangeur sodium-calcium -- Activité électrique => activité mécanique. -- Entrée de Ca++ pendant la phase du plateau. -- Activation des récepteurs ryanodine, SR. -- Libération massive de Ca++ intra-SR. -- Activation des myofilaments d’actine et de myosine. -- Récupération active du Ca++ intracellulaire dans le SR et rétablissement de la [Ca++] par les échangeurs. 27 Exemple de question d’examen Laquelle de ces associations est faux: 1. Le couplage électro-mécanique fait référence à la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique dans le cœur 2. La mitochondrie store le Ca2+ nécessaire pour permettre le couplage électromécanique 3. Le couplage électro-mécanique débute avec la phase 2 (plateau) du potentiel d’action 4. Les récepteurs de la ryanodine sont situés sur la membrane du réticulum sarcoplasmique Le cycle cardiaque – évènements électriques Le NSA initie le cycle cardiaque L’activité électrique active les oreillettes détermine fréquence cardiaque Nœud sino-auriculaire (NSA) Oreillettes Nœud atrio-ventriculaire (NAV) Système His-Purkinje Ventricules La raison d’être de l’activation du système éléctrique cardiaque = activation mécanique du coeur L’activité électrique emprunte les voies de Le NAV transmet l’influx électrique vers les conduction spécialisées pour activer tout le ventricules myocarde ventriculaire simultanément  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje 5. Ventricules Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systèmique Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje 5. Ventricules Contraction OD et OG Ouverture v. tricuspide/mitrale Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systèmique Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje 5. Ventricules Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systèmique Délai pour permettre transit du sang des oreillettes vers les ventricules Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje 5. Ventricules Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systèmique Transmission rapide de l’influx électrique vers les 2 ventricules Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje 5. Ventricules Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systèmique Contraction VD/VG Ouverture v. pulmonaire/aortique Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte  1. NSA Veines pulmonaires Veines caves 2. Oreillettes 3. NAV OD OG 4. His-Purkinje Sang désoxygéné – artère pulmonaire – poumons 5. Ventricules Sang oxygéné – aorte – perfusion systémique Tricuspide Poumons Mitrale Perfusion VD VG systémique Pulmonaire Aortique Artère pulmonaire Aorte Exemple de question d’examen Lequel de ces énoncés est vrai: 1. L’activation des oreillettes mène à l’ouverture de la valve pulmonaire et aortique Activation des Os = contraction des Os et remplissage des Vs Valves s'ouvrent lors de la contraction des ventricules, pas des oreillettes. 2. L’activation des ventricules se fait immédiatement avant à l’ouverture de la valve pulmonaire et aortique 3. Le transit lent de l’influx électrique à travers le nœud atrio-ventriculaire permet le transit du sang à travers la valve tricuspide et aortique permet de coordonner la contraction des oreillettes et des ventricules pour que ventricules se remplissent correctement 4. Le système de His-Purkinje permet l’activation rapide de l’oreillette droite et gauche Système de His-Purkinje est responsable de la conduction rapide de l'influx électrique à travers les ventricules pour coordonner leur contraction  représentation électrique de l’activité cardiaque 3. L’électrocardiogramme L’ECG – concept de base + 2 électrodes: une borne positive et une borne Voltage négative 0 - Temps - + V L’ECG – concept de base + Voltage 0 - Temps - + V L’ECG standard à 12 dérivations 6 dérivations des membres 6 dérivations précordiales L’ECG standard à 12 dérivations générées par électrodes mises sur bras et pieds générées par électrodes mises sur poitrine 6 dérivations des membres 6 dérivations précordiales Les différentes dérivations = la même ‘image’ vue de différents ‘angles’ L’ECG 12-dérivations présente l’activation électrique du cœur sous 12 ‘angles’ différents L’ECG – déflections et intervalles de base intervalle: espace de temps qui inclut une déflection Le NSA initie le cycle cardiaque segment PR en orange L’activité électrique active les oreillettes L’activité électrique emprunte les voies de Le NAV transmet l’influx conduction spécialisées pour activer tout le Repolarisation des ventricules électrique vers les ventricules myocarde ventriculaire simultanément  ECG: utile pour diagnostics Normal Infarctus du myocarde L’ECG – déflections et intervalles de base: résumé Onde P = Dépolarisation des oreillettes Intervalle PR = Conduction du courant à travers les NAV Complexe QRS = Dépolarisation des ventricules Onde T = Repolarisation des ventricules Question d’examen: associations ci-dessus 4. Les arythmies cardiaques Rythme cardiaque ‘normal’ vs arythmie vs dysrythmie En général, la FC au repos est entre 60 et 100 bpm Les arythmies (ou dysrythmies) = rythmes cardiaques anormaux (non-physiologiques) ✓ FC < 60 bpm = bradycardie par exemple, si qqn ne dort pas ou ne fait pas d’exercise et elle a soudainement cette FC, alors ce n’est pas normal (ne correspond pas au besoin métabolique) ✓ FC > 100 bpm = tachycardie Attention! ✓ Certaines arythmies peuvent avoir une FC entre 60-100 bpm ❖ Par exemple, la fibrillation auriculaire peut avoir une FC entre 60-100 bpm ✓ Certains rythmes avec FC < 60 bpm ou > 100 bpm ne sont pas des ‘arythmies’ ❖ Par exemple, la bradycardie sinusale est normale durant le sommeil chez personnes jeunes et en santé ❖ Par exemple, la tachycardie sinusale est une réponse normale durant l’exercise Tachycardies supra-ventriculaires vs ventriculaires Le plus souvent bénignes Tachycardies supra-ventriculaires → Traitement surtout pour qualité de vie Proviennent (principalement) des oreillettes/NAV Tachycardies ventriculaires Proviennent des ventricules Potentiellement malignes → Traitement pour prévention mort subite Mécanismes d’arythmies: arythmies ‘focales’ vs ‘par réentrée’ Focale Réentrée Groupe de cellules ‘hyper-excitables’ Un ‘court-circuit’ électrique permet à l’arythmie sont la source de l’arythmie de ‘réentrer’ et maintenir l’arythmie Arythmies supra-ventriculaires tacychardie (plus de QRS) Arythmies supra-ventriculaires Arythmies supra-ventriculaires fibrillation ventriculaire (intervalles entre QRS sont variables) Holter Le Dr. Normand Holter, Biophysicien Américain crée cette technique en 1949 sous forme d’une valisette portable de 30 kg. L’enregistrement est analogique sur une cassette audio de 60 minutes Les premier enregistrements numériques apparaissent en 1980 https://fr.wikipedia.org/wiki/Holter_cardiaque  cardiostat (peut rester juqu’à 14 jours et cardiologues peuvent analyser l’activité durant ce temps) Ref 106 Cardiostat de Incentia Compagnie québecoise https://www.icentia.com/fr/accueil clé USB (batterie 2 ans) inséré sous peau VIDEO 1 Arythmies supra-ventriculaires: traitement Ablation par cathéter médicaments pour calmer courts circuits électriques Traitement médical VIDEO 2 58 VIDEO 3 Un exemple de flutter auriculaire atypique VIDEO 4 60 VIDEO 5 Arythmies ventriculaires – tachycardie ventriculaire polymorphe coeur va tellement vite, qu’il n’a pas le temps de se contracter Rythme ventriculaire très (trop) rapide → Contraction ventriculaire inefficace → Arrêt perfusion cardiaque/cérébrale (et systémique) Mort subite arythmique VIDEO 16 Arythmies ventriculaires – tachycardie ventriculaire monomorphe Mort subite arythmique Arythmies ventriculaires – tachycardie ventriculaire monomorphe Ventricule gauche Ventricule droit ’Court-circuit’ électrique qui maintient l’arythmie Cicatrice d’ancien infarctus La prédiction du risque de mort subite – un défi majeur skipped Un petit nombre de patients à haut risque de mort subite – petit nombre absolu d’évènements vs Un grand nombre de patients à faible risque de mort subite – grand nombre absolu d’évènements Prédiction du risque du mort subite = défi majeur Le défibrillateur implantable Le défibrillateur ‘surveille’ le rythme cardiaque en continu Si arythmie maligne → choque électrique → rythme normal si qqn fait un arret cardiaque, faut le connecter à la personne pendant que l’ambulance vient Défibrillateur traite les tachyarythmies ventriculaires malignes Les bradycardies = fréquence cardiaque trop lente Causes réversibles: médicaments, tonus vagal, trouble électrolytique/métabolique, etc. Causes irréversibles: dégénérescence système de conduction, ischémie, post-chirurgie cardiaque, etc. Nœud sino-auriculaire (NSA) Dysfonction Oreillettes || Bradycardie Nœud atrio-ventriculaire (NAV) Système His-Purkinje Ventricules  ONDE P QRS Bloque atrio-ventriculaire (AV) 2:1  NSA Oreillettes NAV Ventricules Système H-P Bloque atrio-ventriculaire (AV) 2:1  fil vert: OD fil rouge: VD pacemaker va écouter ce que le fil vert lui dit chaque fois qu’il voit une onde P sur le fil vert, il va avoir un QRS sur le fil rouge si il y a aucun QRS sur le fil rouge: problème (va stimuler activation électrique dans VD)  mnt, il y a QRS à chaque onde P Rythme ventriculo-entrainé (= rythme de pacemaker) Le pacemaker traite les bradyarythmies skipped VIDEO 7 Les arythmies: résumé Bradycardie Tachycardie FC < 60 bpm FC > 100 bpm Dysfonction NSA/NAV Focale vs réentrée Rechercher cause réversible Supraventriculaire Ventriculaire Absence de cause réversible Généralement bénigne Potentiellement maligne Pacemaker Traitement axé sur les symptômes Évaluation risque mort subite Médicaments vs ablation Défibrillateur +/- médicament +/- ablation Conclusions 1. Le potentiel d’action est l’unité fonctionnelle de base du système électrique cardiaque Phases du potentiel d’action 2. Le système électrique cardiaque coordonne l’activité mécanique du cœur Correspondances entre évènements électriques et mécaniques 3. L’électrocardiogramme est une représentation de l’activité électrique du cœur en fonction du temps Correspondances entre déflections/intervalles de base et évènements électriques 4. Les arythmies cardiaques sont des rythmes cardiaques ‘anormaux’ Brady- vs tachy-arythmies Questions [email protected]