Electrophysiologie cardiaque

Rappels de notions d'électrophysiologie

Potentiel de membrane: exprime le potentiel rencontré à l'intérieur d'une cellule par rapport à l'extérieur.
$E_{m}<0$ au repos, d'où un excès de charges négatives du coté interne de la membrane.
Excès faible : 1 charge / $10^{6}$ charges. On a conservation de l'électroneutralité à $10^6$ près.
I : intensité. Représente un courant positif.
Dans une cellule on peut avoir des courants négatifs. Un courant entrant (positif) est toujours orienté vers le bas.
Les ions franchissent la membrane par l'intermédiaire de canaux ioniques. Il n'y a donc pas de saturabilité, mais une faible spécificité.

Il y a 2 forces pour gérer la diffusion :
- Gradient de concentration
- Gradient électrique

Loi de Nernst:
$W=R\times T \times ln\frac{C_{e}}{C_{i}}$
$W=E_{ion}\times F\times Z$

$$E_{ion}=\frac{R\times T}{Z\times F}\times ln\frac{C_{e}}{C_{i}}$$

$E_{K}=-90mV$
$E_{Na}=+60mV$
L'intervention de la Na/K ATPase donne un flux de K entrant et de Na sortant, ce qui permet l'obtention d'un équilibre. $E_{membrane}$ reste constante et se place entre $E_{K}$ et $E_{Na}$.
Loi d'Ohm :
$U=R\times I$
$I=U\times \frac{1}{R}$ Pour un ion donné :

$$I_{ion}=\gamma_{ion}\times (E_{m}-E_{ion})$$

Si ouverture des canaux Na, alors $E_{m}$ se rapproche de $E_{Na}$. $E_{m}=\frac{E_{Na}\times g_{Na} + E_{K}\times g_{K}}{g_{total}}$ Le potentiel de membrane se rapproche de $E_{ion}$ de l'ion dont la perméabilité augmente.
$I_{ion}=g_{ion}\times (E_{m}-E_{ion})$

Les différents types de potentiel d'action

Les enregistrement vont être très différents, suivant que l'électrode soit placée dans une cellule de l'oreillette, du nud sino-ventriculaire, ou dans le faisceau de His... On obtien $E_m$.
Les potentiels sont variables, mais on considère qu'il existe 2 modèles :
- Le modèle du tissu nodal
- Le modèle des fibres ventriculaires

Le modèle de la fibre ventriculaire

Le potentiel de repos, celui qui se manifeste lors de la diastole ventriculaire. Le potentiel est de -80 mV (potentiel interne de la membrane un potentiel négatif par rapport l'extérieur).
On a pu isoler 3 phases :
- phase 0: se caractérise par une brute dépolarisation (< 10 ms). On a un passage de -80 mV +10 mV.
- phase 1: caractérisée par une légère repolarisation.
- phase 2: dite en plateau avec une faible pente de repolarisation.
- phase 3: phase de repolarisation de plus en plus rapide, qui ramène le potentiel de membrane au potentiel de diastole.
Dépolarisation: le potentiel qui se manifeste, s'écarte de plus en plus de sa valeur de départ.
Repolarisation: la membrane retrouve sa polarisation initiale.
Hyperpolarisation: la membrane va se polariser une valeur supérieure celle du repos.

Les différents courants qui se manifestent :

- Phase 0: le courant Na se manifeste dès le début de la phase 0. Est très important. Va permettre de rapprocher le potentiel de memrbane de celui du potentiel Na qui est autour de +50 mV.
Le courant Na est très transitoire, car il ne dure que quelques ms.
S'explique par les mêmes propriétés que celle de la conduction du potentiel d'action des cellules nerveuses. On a des canaux que l'on peut schématiser par une porte d'ouverture et de fermeture.
Lorsqu'une impulsion électriqeu arrive sur un tel canal, alors il va y avoir une modification conformationnelle avec ouverture rapide lorsqu'on a l'impulsion supérieure +50 mV, mais une fermeture plus lente.

Figure 2.3: ????

- Phase 1: durant cette phase observe un courant $I_{t0}$, un courant $K^+$ sortant, transitoire mais moins brutal que pour $Na^+$. Ce manifeste aussi après -50 mV, mais les portent se referment plus lentement. Le courant est favorable à une repolarisation. Après on a une phase en plateau.

- Phase 2: il y a une diminution de la perméabilité membranaire totale. Pendant cette phase on observe l'apparition d'un courant $Ca^{2+}$ entrant qui est du aux canaux $Ca^{2+}$ voltage dépendant. La perméabilité persiste très longtemps.
Le potentiel se rapproche du potentiel de l'ion $Ca^{2+}$ : +100 mV. Le courant sera favorable au maintient de la dépolarisation.
On obtitent une perméabilité élevée pendant 50 ms, puis elle diminue.
Permet le maintient du plateau de dépolarisation.
On a donc un courant entrant de $Ca^{2+}$ dans la cellule. Le $Ca^{2+}$ s'accumule. Cette accumulation va influencer d'autres canaux sensibles au $Ca^{2+}$.
Le $Ca^{2+}$ va atteindre d'autres canaux, va les activer et vont s'ouvrir.
La perméabilité au $K^+$ va augmenter. Un courant $K^+$ sortant va se manifester.
La repolarisation va rétablir une perméabilité membranaire génarale qui se manifeste par un courant $K^+$. On aura un maintient du potentiel à -80 mV.

TTX: suppression de la première phase brutale (blocage des canaux $Ca^{2+}$.
Les canaux $Ca^{2+}$ peuvent être traités par $Mn^{2+}$. On n'aura plus de phase de plateau de dépolarisation?

Le canal $Ca^{2+}$ de type L (L=lent) qui est sensible au vérapamil et aux catécholamines. Les catécholamines peuvent être libérées par les glandes surrénales. Ces hormones apparaissent dans la circualtion sanguine et souvent modifient la perméabilité du canal $Ca^{2+}$. On a une augmentation du courant $Ca^{2+}$ par activation du récepteur $\beta_{1}$. Sur les cellules du ventricule on aura des récepteur $\beta_{1}$ qui auront pour $2^{nd}$ messager $l'AMP_{c}$.
Ils interviennent dans la contraction ventriculaire.
Les cellules du myocarde ventriculaire doivent être stimulées pour fournir un potentiel d'action. la stimulation arrive en grande partie par le tissu nodal.
Il y aura émission d'un second potentiel.
Si la $2^{nde}$ stimulation arrive en même temps que se produit le potentiel d'action alors il ne se passera rien.

Figure 2.4: O

n parle de période réfractaire absolue.
La stimulation 3 doit être plus importante que la stimulation 1 pour avoir un potentield 'action. On parle de période réfractaire relative.
Explication :Par les propriétés du canal $Na^{+}$. Pour qu'il puisse s'ouvrir, la membrane doit rétablir un potentiel de -80 mV.
La période réfractaire relative s'explique par le fait que certains canaux ont déja rétabli leur configuration initiale.
Conséquences :
Chez le cur de grenouille :
Si la température est froide alors la diastole est plus longue. Si la stimulation a lieu pendant la période réfractaire on n'obtient rien. Si la stimulation a lieu après on obtient une extra-systole.
L'extra-systole ne s'obtient que si le ventricule est en diastole.
Le cur est organisé de telle sorte que le sondes suivent le décours des ventricules. La vitesse de propagation de l'onde est telle, que lorsque l'onde retourne au point A, en est encore en période réfractaire absolue.
Si on a une mauvaise circulation (ischémie par exemple), on a un ralentissement de l'onde. Le délai de propagation du potentiel d'action augmente. Il y a risque de retour au point A après la période réfractaire absolue, d'où une possible fibrillation.

Figure 2.5: ????

Le modèle du tissu nodal

Les cellules du myocarde ne sont pas autorythmiques. Le signal vient du tissu nodal qui lui est autorythmique.
Le potentiel diastolyque ("de repos") : la polarisation maximale est environ égale à -65mV.
La cellule est d'emblée moins polarisée.
Ce potentiel n'est pas stable. On a une dérive continuelle du potentiel qui a tendance à se dépolariser. A partir du seuil de -50 mV, on observe une augmentation de la vitesse de dépolarisation jusqu'à +10 mV.
Il n'y a pas de plateau de dépolarisation.
La durée du potentiel est d'environ 100 ms. La durée entre 2 phases est de l'ordre de 300 à 500 ms.

Explication des différentes phases :
A partir du seuil de -50 mV :
Il existe des canaux qui entraînent un courant entrant (au seuil de -50 mV). Ce courant s'appelle $I_{Si}$ : le canal semble peu spécifique et laisse passer plusieurs ions : $Ca^{2+}$, $Na^+$ sortent et $K^+$ va dans l'autre sens. Cela entraîne une dépolarisation de la cellule. Ce courant est transitoire. Ce canal n'est pas sensible à la TTX, et est donc différent du canal $Na^+$. Ils ont des conformations et des cinétiques différentes.
Il y a apparition d'un courant sortant voltage dépendant. Ce courant sortant est un courant $K^+$. Il est responsable de la phase de repolarisation. Ce canal $K^+$, comme la plupart des courant voltage dépendant ne maintient pas sa conformation.
La diminution de la dépolarisation est dû en parti au fait que le canal $K^+$ ne peut pas maintenir son ouverture.
On a donc affaire à de cellules autorythmiques.

Le $3^e$ courant : $I_{F}$ (F=funny)
Met en jeu une perméabilité non-spécifique $Na^+$ et $K^+$. La perméabilitée se manifeste au moment de la repolarisation. L'effet se traduit par un courant entrant qui va contribuer à la dérive de potentiel qui se manifeste. Ce courant assure environ 10% de la dérive de potentiel. Il est sensible aux catécholamines (noradrénaline - effet excitateur) et est sensible à l'acétylcholine (inhibiteur).

Rôle de l'acétylcholine :

Figure 2.6: R

Ach : - récepteurs canaux - récepteurs muscariniques : $M_{1}$ à $M_{5}$. Ici on a affaire à un récepteur $M_{2}$.
Tous ces récepteurs sont liés à des protéines G. La protéine G rentre en collision avec le canal $K^+$ : on a un contact direct pour l'ouverture du canal, d'où une perméabilité $I_{K}$.

Figure 2.7: A

ugmentation générale de la perméabilité. La pente est plus faible d'où un seuil plus tardif et une ouverture retardée du canal.
Baisse de la fréquence : c'est le rôle de l'acétylcholine. Cela est dû au fait que des canaux $K^{+}$ supplémentaire s'ouvrent. On a aussi une action sur le canal $I_{S}$.
Diminution de la fréquence cardiaque : bradycardie.
Augmentation de la férquence cardiaque : tachycardie.

$E_{m}=\frac{E_{Na}\times g_{Na} + E_{K}\times g_{K}}{g_{total}}$ Le potentiel de membrane se rapproche de $E_{ion}$ de l'ion dont la perméabilité augmente.
$I_{ion}=g_{ion}\times (E_{m}-E_{ion})$

Les différents types de potentiel d'action

Les enregistrement vont être très différents, suivant que l'électrode soit placée dans une cellule de l'oreillette, du nud sino-ventriculaire, ou dans le faisceau de His... On obtien $E_m$.
Les potentiels sont variables, mais on considère qu'il existe 2 modèles :
- Le modèle du tissu nodal
- Le modèle des fibres ventriculaires

Le modèle de la fibre ventriculaire

Le potentiel de repos, celui qui se manifeste lors de la diastole ventriculaire. Le potentiel est de -80 mV (potentiel interne de la membrane un potentiel négatif par rapport l'extérieur).
On a pu isoler 3 phases :
- phase 0: se caractérise par une brute dépolarisation (< 10 ms). On a un passage de -80 mV +10 mV.
- phase 1: caractérisée par une légère repolarisation.
- phase 2: dite en plateau avec une faible pente de repolarisation.
- phase 3: phase de repolarisation de plus en plus rapide, qui ramène le potentiel de membrane au potentiel de diastole.
Dépolarisation: le potentiel qui se manifeste, s'écarte de plus en plus de sa valeur de départ.
Repolarisation: la membrane retrouve sa polarisation initiale.
Hyperpolarisation: la membrane va se polariser une valeur supérieure celle du repos.

Les différents courants qui se manifestent :

- Phase 0: le courant Na se manifeste dès le début de la phase 0. Est très important. Va permettre de rapprocher le potentiel de memrbane de celui du potentiel Na qui est autour de +50 mV.
Le courant Na est très transitoire, car il ne dure que quelques ms.
S'explique par les mêmes propriétés que celle de la conduction du potentiel d'action des cellules nerveuses. On a des canaux que l'on peut schématiser par une porte d'ouverture et de fermeture.
Lorsqu'une impulsion électriqeu arrive sur un tel canal, alors il va y avoir une modification conformationnelle avec ouverture rapide lorsqu'on a l'impulsion supérieure +50 mV, mais une fermeture plus lente.

- Phase 1: durant cette phase observe un courant $I_{t0}$, un courant $K^+$ sortant, transitoire mais moins brutal que pour $Na^+$. Ce manifeste aussi après -50 mV, mais les portent se referment plus lentement. Le courant est favorable à une repolarisation. Après on a une phase en plateau.

- Phase 2: il y a une diminution de la perméabilité membranaire totale. Pendant cette phase on observe l'apparition d'un courant $Ca^{2+}$ entrant qui est du aux canaux $Ca^{2+}$ voltage dépendant. La perméabilité persiste très longtemps.
Le potentiel se rapproche du potentiel de l'ion $Ca^{2+}$ : +100 mV. Le courant sera favorable au maintient de la dépolarisation.
On obtitent une perméabilité élevée pendant 50 ms, puis elle diminue.
Permet le maintient du plateau de dépolarisation.
On a donc un courant entrant de $Ca^{2+}$ dans la cellule. Le $Ca^{2+}$ s'accumule. Cette accumulation va influencer d'autres canaux sensibles au $Ca^{2+}$.
Le $Ca^{2+}$ va atteindre d'autres canaux, va les activer et vont s'ouvrir.
La perméabilité au $K^+$ va augmenter. Un courant $K^+$ sortant va se manifester.
La repolarisation va rétablir une perméabilité membranaire génarale qui se manifeste par un courant $K^+$. On aura un maintient du potentiel à -80 mV.

TTX: suppression de la première phase brutale (blocage des canaux $Ca^{2+}$.
Les canaux $Ca^{2+}$ peuvent être traités par $Mn^{2+}$. On n'aura plus de phase de plateau de dépolarisation?

Le canal $Ca^{2+}$ de type L (L=lent) qui est sensible au vérapamil et aux catécholamines. Les catécholamines peuvent être libérées par les glandes surrénales. Ces hormones apparaissent dans la circualtion sanguine et souvent modifient la perméabilité du canal $Ca^{2+}$. On a une augmentation du courant $Ca^{2+}$ par activation du récepteur $\beta_{1}$. Sur les cellules du ventricule on aura des récepteur $\beta_{1}$ qui auront pour $2^{nd}$ messager $l'AMP_{c}$.
Ils interviennent dans la contraction ventriculaire.
Les cellules du myocarde ventriculaire doivent être stimulées pour fournir un potentiel d'action. la stimulation arrive en grande partie par le tissu nodal.
Il y aura émission d'un second potentiel.
Si la $2^{nde}$ stimulation arrive en même temps que se produit le potentiel d'action alors il ne se passera rien.
On parle de période réfractaire absolue.
La stimulation 3 doit être plus importante que la stimulation 1 pour avoir un potentield 'action. On parle de période réfractaire relative.
Explication :Par les propriétés du canal $Na^{+}$. Pour qu'il puisse s'ouvrir, la membrane doit rétablir un potentiel de -80 mV.
La période réfractaire relative s'explique par le fait que certains canaux ont déja rétabli leur configuration initiale.
Conséquences :
Chez le cur de grenouille :
Si la température est froide alors la diastole est plus longue. Si la stimulation a lieu pendant la période réfractaire on n'obtient rien. Si la stimulation a lieu après on obtient une extra-systole.
L'extra-systole ne s'obtient que si le ventricule est en diastole.
Le cur est organisé de telle sorte que le sondes suivent le décours des ventricules. La vitesse de propagation de l'onde est telle, que lorsque l'onde retourne au point A, en est encore en période réfractaire absolue.
Si on a une mauvaise circulation (ischémie par exemple), on a un ralentissement de l'onde. Le délai de propagation du potentiel d'action augmente. Il y a risque de retour au point A après la période réfractaire absolue, d'où une possible fibrillation.

Le modèle du tissu nodal

Les cellules du myocarde ne sont pas autorythmiques. Le signal vient du tissu nodal qui lui est autorythmique.
Le potentiel diastolyque ("de repos") : la polarisation maximale est environ égale à -65mV.
La cellule est d'emblée moins polarisée.
Ce potentiel n'est pas stable. On a une dérive continuelle du potentiel qui a tendance à se dépolariser. A partir du seuil de -50 mV, on observe une augmentation de la vitesse de dépolarisation jusqu'à +10 mV.
Il n'y a pas de plateau de dépolarisation.
La durée du potentiel est d'environ 100 ms. La durée entre 2 phases est de l'ordre de 300 à 500 ms.

Explication des différentes phases :
A partir du seuil de -50 mV :
Il existe des canaux qui entraînent un courant entrant (au seuil de -50 mV). Ce courant s'appelle $I_{Si}$ : le canal semble peu spécifique et laisse passer plusieurs ions : $Ca^{2+}$, $Na^+$ sortent et $K^+$ va dans l'autre sens. Cela entraîne une dépolarisation de la cellule. Ce courant est transitoire. Ce canal n'est pas sensible à la TTX, et est donc différent du canal $Na^+$. Ils ont des conformations et des cinétiques différentes.
Il y a apparition d'un courant sortant voltage dépendant. Ce courant sortant est un courant $K^+$. Il est responsable de la phase de repolarisation. Ce canal $K^+$, comme la plupart des courant voltage dépendant ne maintient pas sa conformation.
La diminution de la dépolarisation est dû en parti au fait que le canal $K^+$ ne peut pas maintenir son ouverture.
On a donc affaire à de cellules autorythmiques.

Le $3^e$ courant : $I_{F}$ (F=funny)
Met en jeu une perméabilité non-spécifique $Na^+$ et $K^+$. La perméabilitée se manifeste au moment de la repolarisation. L'effet se traduit par un courant entrant qui va contribuer à la dérive de potentiel qui se manifeste. Ce courant assure environ 10% de la dérive de potentiel. Il est sensible aux catécholamines (noradrénaline - effet excitateur) et est sensible à l'acétylcholine (inhibiteur).

Rôle de l'acétylcholine :
R Ach : - récepteurs canaux - récepteurs muscariniques : $M_{1}$ à $M_{5}$. Ici on a affaire à un récepteur $M_{2}$.
Tous ces récepteurs sont liés à des protéines G. La protéine G rentre en collision avec le canal $K^+$ : on a un contact direct pour l'ouverture du canal, d'où une perméabilité $I_{K}$.
Augmentation générale de la perméabilité. La pente est plus faible d'où un seuil plus tardif et une ouverture retardée du canal.
Baisse de la fréquence : c'est le rôle de l'acétylcholine. Cela est dû au fait que des canaux $K^{+}$ supplémentaire s'ouvrent. On a aussi une action sur le canal $I_{S}$.
Diminution de la fréquence cardiaque : bradycardie.
Augmentation de la férquence cardiaque : tachycardie.