Activité Électrique du Cœur - Partie 1 PDF

SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE Activité électrique du coeur - Partie 1 Le muscle cardiaque est un...

SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE Activité électrique du coeur - Partie 1 Le muscle cardiaque est un muscle strié particulier, capable de se contracter spontanément en dehors de stimulation nerveuse, c’est le seul organe a en être capable. Le potentiel d’action naît spontanément d’une cellule pacemaker (cellules du tissu nodal et non musculaire) dans le nœud sinusal et va se propager dans toutes les cellules de proche en proche. C’est le PA qui va générer la contraction : on démarre par une dépolarisation et on termine par une contraction. La cellule myocardique (= myocyte qui à la capacité de se contracter) est faite d’actine, de myosine avec une membrane basale qui s’invagine où l'on a des communications qui sont assurées par les jonctions communicantes qui permettent le passage de l’influx pour les dépolarisations. On a 2 types de cellules qui interviennent dans l’activité électrique du cœur : - Cellules cardiaques musculaires (cardiomyocytes) : assurent la contraction, ne se dépolarisent pas spontanément. - Les cellules du tissus nodal, responsables de l’automatisme cardiaque, sont quant à elles capables de se dépolariser spontanément. Il en existe 2 types : les cellules nodales (regroupées en nœuds) et les cellules du tissu conducteur, des fibres électriques permettant de faire progresser le courant de dépolarisation. I. La cellule musculaire cardiaque Appelée aussi cardiomyocyte constituant le myocarde : 98% des cellules cardiaques 50-100 µm de longueur (petite cellule) 5 à20 µm de largeur Noyau, membrane cellulaire Cytoplasme (très spécifique de la cellule myocytaire) contenant : Des myofibrilles avec des unités répétitives (= sarcomères), faites de filaments d’actine et myosine. Ils glissent les uns sur les autres et entraînent la contraction. Sur les myofibrilles s’accroche le réticulum sarcoplasmique, système de réserve de calcium importante, qui permet notamment la contraction, ils crée lien entre actine et myosine. Des mitochondries de grandes tailles qui permettent la production d’énergie. 1 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE 1) Enregistrement et morphologie des potentiels cardiaques Si on place une microélectrode dans une cellule myocardique et une électrode dans un milieu conducteur autour de la cellule reliée à un oscilloscope cathodique, on observe des différences de potentiels Vm entre les deux faces de la membrane. Pour les cellules excitables (nerveuses et musculaires), il y a deux types de potentiels : - PR : Potentiel de Repos (quand ne se contracte pas) - PA : Potentiel d’Action (à l’origine de la contraction) Pour les cellules cardiaques, les PR et PA alternent au cours du cycle cardiaque. Ces potentiels vont migrer d’une cellule myocitaire à l’autre et provoquer la contraction des différentes cavités cardiaques. Ces phases de dépolarisation/repolarisation vont être liées à des mouvements ioniques. a) Potentiel de repos Le potentiel de repos à une valeur négative dans les cellules myocytaires entre -60 et -90mv, le PR est stable pour les cellules myocardiques et instable pour les cellules du tissus nodal douées d’automatisme, électriques. 2 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE b) Potentiel d’action Le PA est très variable tout au long du tissu cardiaque (A, V). Il a une grande diversité selon les espèces animales ou les conditions instrumentales. Plus on va descendre au niveau des cellules cardiaques et plus le PA est large. Le PA est une inversion transitoire du P.membranaire (environ 100 mV), on a 4 phases numériques de 0 à 3. 2) Origine des potentiels cardiaques : théorie ionique On explique l’existence du PR (potentiel de repos) par des différences de concentration ionique entre les milieux intra et extracellulaire et celle du PA par la variation transitoire des concentrations en raison des modifications de conductances ioniques membranaires. Les ions impliqués sont : Na+ et Ca2+ libres : + concentrés dans le milieu EC K+: + concentré dans la cellule Cl-: accessoirement, intervient très peu 3 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE ❖ La technique du patch-clamp : Neher et Sakmann Prix Nobel de médecine 1991 Ils ont mis en évidence qu’il y avait des communications au niveau des cellules et qui permettaient le passage d’ions de l’intérieur vers l’extérieur. C’est ce passage d’ion qui va faire cette variation de polarisation entre l’intérieur et l’extérieur. La théorie ionique : Le passage des ions à travers la membrane se fait via des protéines transmembranaires car la cellule n’est pas perméable à tous les ions. On a donc des canaux ioniques membranaires plus ou moins spécifiques d’un ion. L’ouverture de ces canaux est : le plus souvent un voltage dépendant (s’ouvre quand potentiel de la cellule va varier) ou lié à la présence d’un ligand (hormone, neurotransmetteur, médicament Ex: acétylcholine) D’autres comme les canaux potassiques peuvent être liés au métabolisme cellulaire (baisse de l’ATP intracellulaire peut provoquer le passage de potassium dans la cellule). En thérapeutique, on utilise des médicaments inhibiteurs ou activateurs des canaux. Exemple : les inhibiteurs calciques diminuent la contraction du cœur en empêchant l’ouverture des canaux calciques. Exemple de canaux ioniques : La conductance des canaux est variable : - les canaux sodiques sont rapides - les canaux potassiques sont plus lents - Canal K+ et canal Na+ : sens unique - Pompe Na+ K+ ATPase : sortie de 2K+/ entrée 3Na+ 4 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE 3) Principaux courants ioniques à l’origine des potentiels d’action de repos On a 4 phases de dépolarisation et 1 phase de repolarisation : Phase 0 : dépolarisation rapide liée au courant sodique entrant, la cellule devient plus positive. Phase 1 : courant potassique sortant transitoire Phase 2 : balance entre des courants entrants positifs calciques -dépolarisation de la membrane- et sortants positifs potassiques retardés -repolarisation- Phase 3 : phase finale de repolarisation : courant calcique diminue et courant potassique continue d’augmenter Phase 4 : rétablissement du potentiel de repos : courant potassique sortant, rééquilibrage de la membrane par la pompe Na+/K+ Canaux sodiques et calcique = dépolarisants Courant potassique = repolarisant Na : réponse rapide Ca : à réponse lente NB : important tombe souvent à l'examen (important pour thérapeutique) 4) Relation entre PA et contraction Dépolarisation des sarcolemmes permet l’entrée du calcium dans la cellule. Pour avoir une contraction dans la cellule au niveau du sarcomère (pour que la jonction entre actine myosine se fasse), il faut la présence de calcium et d’ATP. 5 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE La dépolarisation du sarcolemme permet : L’entrée de Ca2+ dans la cellule Ces ions Ca2+ se fixent au réticulum sarcoplasmique et provoquent une sortie massive des ions calciques dans la cellule Ce Ca2+ est à l’origine de formation de ponts actine- myosine raccourcissant les myofibrilles (le sarcomère), en présence d’ATP pendant la phase 2 -> contraction La relaxation est due au recaptage dans le réticulum sarcoplasmique ou expulsion dans le milieu extra- cellulaire des ions Ca2+. Il y a une impulsion donnée par les cellules du tissu nodal puis une propagation de proche en proche sur toutes les cellules myocytaires. 5) Période réfractaire (notion importante) Il s’agit d’un intervalle de temps pendant lequel on ne peut pas avoir de nouveau Potentiel d’Action (période réfractaire absolue PRA ou effective PRE), même si on a une dépolarisation il n’y a pas de contraction. Cette période réfractaire est un moyen de protection spécifique au muscle cardiaque. Cette période est suivie d’une Période Réfractaire Relative PRR pendant laquelle un début de réponse commence progressivement à apparaître avec une stimulation importante. Les périodes réfractaires sont dues aux états d’inactivation des canaux sodiques et calciques avant de retrouver leur état initial. L’existence de ces longues PR empêche la fusion de contractions successives appelées tétanos pour les cellules musculaires squelettiques. Ces périodes réfractaires permettent l’alternance contraction/relaxation du cœur, sans elles on aurait une tétanos du cœur, c'est-à-dire une fibrillation ventriculaire qui est mortelle. 6 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE Muscle strié myocardique : Cette période réfractaire est importante dans le cœur car : Elle permet l’alternance contraction, relaxation (remplissage) Evite le tétanos du cœur qui entraîne un arrêt cardiaque (fibrillation cardiaque) Certains médicaments peuvent réduire cette période de relaxation Muscle strié squelettique : 7 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE II. Les cellules de l’automatisme cardiaque (cellules du tissus nodal) Exemple de l’expérience du cœur de grenouille dans du sérum physiologique : Si on dissèque une grenouille, qu’on lui enlève le cœur et qu’on le met dans une boîte de Pétri avec du sérum physiologique, le cœur continue de se contracter et ça pendant longtemps. De même pour le prélèvement d’organes, chez un patient en état de mort cérébral le cœur ne s’arrête pas, on prélève alors le cœur et on le transporte dans du sérum physiologique et tout ça grâce au tissu nodal. Tant qu’il peut fabriquer de l'énergie, il continue de se contracter grâce aux cellules nodales (qui peuvent se dépolariser spontanément). Le cœur est le seul organe doué d’automatismes contrairement aux muscles striés qui ont besoin d’une innervation pour se contracter, (intérêt pour les greffes car le cœur continue à battre et on peut implanter un cœur qui bat au receveur). Le cœur est sous la dépendance de 2 systèmes neurovégétatifs ortho et parasympathique qui vont réguler la fréquence cardiaque. Exemple : L’adrénaline accélère le rythme cardiaque, ce rythme est au contraire ralenti lors d’un malaise vagal pouvant mener à une perte de conscience, celui-ci est produit par une hyperstimulation du système parasympathique. La FC diminue, la tension chute, on fait un malaise à cause de l’action du nerf vague sur le cœur. Spontanément, un cœur battra à une fréquence cardiaque de 120 bpm, tandis qu’avec le contrôle des 2 systèmes neurovégétatifs, un cœur de manière physiologique battra à une fréquence de 60-80 bpm. Les cellules du tissu de l’automatisme cardiaque sont de deux types : Les cellules nodales (en forme de noeuds) Les cellules du tissu conducteur (faisceau de His et réseau de Purkinje) 8 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE 1. Les cellules nodales Ressemblent aux cellules myocardiques embryonnaires mais capables de se dépolariser seules. Disposés en nœuds : Nœud sinusal : situé au niveau du sinus veineux (VCS et OD) 20 mm de long et 4 mm de large. Nœud auriculo-ventriculaire : dans la cloison inter auriculaire proche des ventricules, il y a 3 zones : Auriculo Nodale (AN) zone de transition entre oreillette et nœud AV Zone Nodale (N) au milieu du nœud AV (auriculo- ventriculaire) Zone Nodo Hissienne (NH) entre le nœud AV et le faisceau de His 2. Les cellules du tissu conducteur Pauvres en myofibrilles, transmettent la dépolarisation. Elles constituent le faisceau de His qui part du nœud AV et après un tronc commun se divise en deux branches de part et d’autre du septum interventriculaire : Une branche gauche —> Ventricule Gauche Une branche droite —> Ventricule Droit Se termine par des ramifications dans les ventricules ->le réseau de Purkinje. 3. Mécanisme de l’automatisme cardiaque Les cellules nodales sont caractérisées par l’absence de potentiel de repos stable. Après chaque PA, la membrane se dépolarise spontanément. Quand le seuil d’excitation est atteint, un nouveau PA est déclenché. Ces cellules sont dites auto-excitables. 9 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE Cellules nodales : Potentiel de membrane instable avec dépolarisation lente pendant la diastole qui est l’origine de l’automatisme cardiaque. Cette dépolarisation est majoritairement dû aux canaux If (=> “funny current” mais aucune explication étymologique abordée en cours) (permet entrée de sodium et sortie de potassium). Les myocytes eux n’ont pas la capacité de se dépolariser spontanément, c’est la principale différence entre les cellules myocytaires et les cellules nodales. Phase 0 (différente de celle des myocytes) : Canaux Ca (au lieu de Na), ici entrée de calcium et non de sodium Pas de phase 1 Phase 2 : comparable à celle du myocyte Phase 3 : phase de repolarisation sortie de K+ Phase 4 : Pompe Na/K pour maintenir la pente 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 10 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE Canaux If : Font entrer le sodium en grande quantité et sortir le potassium (ATP dépendants). Seulement au niveau des nœuds sinusaux. Le courant If est un déterminant majeur de la pente de dépolarisation spontanée diastolique qui contrôle la fréquence des potentiels d’action et, de ce fait, la fréquence cardiaque. Plus la pente est élevée, plus le cœur va battre vite. Ils ne sont présents qu’au niveau du nœud sinusal et au niveau de la rétine. Ce canal permet l’entrée de Na dans la cellule et la sortie de K. Il est essentiellement responsable de la pente de dépolarisation. Plus de canaux If au niveau du nœud sinusal(chef d’orchestre), probablement, donc plus grande pente, la fréquence de dépolarisation est donc plus rapide, c’est elle qui impose le rythme (pace maker), la fréquence cardiaque. Plus on descend dans le tissu conducteur, plus la fréquence de dépolarisation des cellules du tissu nodal est lente. Si un nœud sinusal est malade, le nœud auriculo-ventriculaire prendra le relais mais se dépolarisera plus lentement… Le nœud SA (sinuso-auriculaire = sinusal) contrôle la fréquence cardiaque (on dit que c’est le pacemaker du coeur) : Le nœud sinusal donne une fréquence de dépolarisation plus pentue et rapide (100 à 120 par minutes), le nœud AV 🡪 50 par minutes et le réseau de Purkinje 🡪 30 par minutes car la pente est plus faible. La pente de dépolarisation est faible dans le nœud auriculo-ventriculaire et encore plus dans le réseau de purkinje car il y a moins de canaux If 11 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE 4. Contrôle de l’automatisme cardiaque Le cœur est innervé de manière extra-cardiaque, cette innervation va réguler la dépolarisation des cellules nodales : Le système parasympathique ou vague, qui est modérateur, lié au malaise vagal (hyper- stimulation parasympathique -> ralentissement cardiaque + vasodilatation), baisse de la FC. Le système orthosympathique est accélérateur, augmentation de la pente (adrénaline). Les bêtabloquants sont des médicaments qui bloquent le système sympathique. Le système sympathique par le biais de récepteurs bêta 1 et le système parasympathique par le biais de récepteurs muscariniques vont induire la pente de dépolarisation des cellules nodales par l’intermédiaires des canaux If : De ce fait, les récepteurs bêta 1 (majoritaire au niveau du cœur) vont augmenter la quantité d’AMPc et d’ATP cellulaire, ce qui va permettre une ouverture facilitée des canaux If (qui sont des canaux ATP dépendants) induisant une pente plus verticale de dépolarisation et donc une accélération de la FC. Exemple : L’isoprénaline, un agoniste adrénergique (effet sympathique) va augmenter l’AMPc et donc la FC par une pente plus verticale. Au contraire, avec les récepteurs muscariniques (récepteurs à l’acétylcholine), on baisse le taux d’ATP/AMPc dans la cellule et on ralentit la dépolarisation de la cellule nodale, ce qui fait baisser la pente de dépolarisation des cellules nodales et donc ralentir la FC cardiaque. Exemple : L’acétylcholine, agoniste muscarinique (effet parasympathique) va diminuer la FC. NB : On a des médicaments qui inhibent les canaux If, comme l’ivabradine (utilisé chez des patients avec un cœur fatigué), qu’on utilise pour ralentir la FC sans effet sur la pression artérielle. Ce médicament a un effet bradycardisant, ce qui permet de ménager des cœurs déjà “fatigués”. 12 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE On peut aussi utiliser les bêtas bloquants, qui ont une action double, à la fois sur la FC mais aussi sur la tension, on aura une dilatation des gros vaisseaux. En effet, des récepteurs bêtas sont à la fois présents sur le cœur et sur les vaisseaux. Ils ont un effet antiarythmique, en bloquant les effets délétères de l’adrénaline pouvant entraîner des troubles du rythme. Bêta-bloquants et ivabradine peuvent être associés dans certains cas, ils peuvent s’avérer complémentaires. III. Activité électrique globale du cœur La conduction électrique entre les cellules nodales et les cellules myocardiques se fait de proche en proche, et les cellules myocardiques entre elles est représentée par le schéma ci-dessous. (d'abord oreillette puis ventricule) Au niveau de l’oreillette droite, on retrouve le nœud sinusal qui est capable de se dépolariser spontanément à une fréquence la plus élevée (100-120/min). Ce potentiel de membrane venant du nœud sinusal déclenche l’entrée de sodium dans les cellules myocytaires à l’aide des jonctions communicantes des disques intercalaires. Les courants ioniques se propagent de cellules en cellules, permettant de dépolariser rapidement et complètement ces cellules et d'entraîner leur contraction. Le NS impose un rythme, la conduction atteint le NAV, ses cellules nodales se dépolarisent et se transmettent au tissu conducteur : le faisceau de His et ses deux branches (droite et gauche), jusqu’aux cellules du réseau de Purkinje puis au niveau des cellules myocytaires. La dépolarisation se fait d’abord au niveau des oreillettes, puis des ventricules, puis elle remonte au niveau des ventricules par l'intermédiaire des branches du faisceau de His. 13 SCV-Physiologie 30/09/24 9h - 10h Binôme 10 : Les Paddleurs SERONDE La contraction se fait d’abord au niveau des oreillettes (qui se dépolarisent en première), puis au niveau des ventricules en commençant à la pointe du cœur, puis remonte à la base de celui-ci, toujours au niveau des ventricules. On a d’abord une contraction radiale, puis un raccourcissement des fibres à l’apex du cœur. La contraction débute à la pointe et se termine à la base. · Dépolarisation auriculaire : 80 à 100 ms (du nœud sinusal au nœud auriculo-ventriculaire) · Transition A – V : 100 ms · Du nœud auriculo-ventriculaire au réseau de Purkinje : 270 à 320 ms · Dépolarisation ventriculaire (de la pointe vers la base) : 60 à 80 ms. 14