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

Rappels anatomiquesLe tissus Nodal et myocardiqueActivité électrique des cellules cardiaques

Cellules myocardiquesCellules nodalesNotion de potentiel seuilNotion de période réfractaireNotion de conduction

ElectrocardiogrammeRappelsNotion de fibre isolée et de dipôle cardiaqueNotion de dérivations

PrécordialesDes membres

Théorie d’EinthovenNotion de vectocardiogramme

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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

4

5

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

Tissus Nodal

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

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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

Tissus Nodal

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

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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

Tissus Nodal

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

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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

4 msec

0 : Ouverture des canaux Na rapide1: fermeture des canaux Na rapide2: Entrée de Ca et de Na par des canaux lents3 : Sortie de K+4 : Pompe Na/K

-90mv

Comparaison PA fibres myocardiques et PA neurones

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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

-90 mV

ECG

Cellules nodale

Potentiel de membrane instable avec dépolarisation lente pendant la diastolequi 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 lents3 : Sortie de K+4 : Pompe Na/K

0 : Ouverture des canaux Na rapide1: fermeture des canaux Na rapide2: Entrée de Ca et de Na par des canaux lents3 : Sortie de K+4 : Pompe Na/K

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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

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Notion de potentiel seuil

Un seuil d’activation est nécessaire pour déclencher un potentiel d’action

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.

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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.

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Notion de conduction

Les PA spontanées du nœud sinusal permettent aux cellules auriculaires voisines d’atteindre le potentiel seuilLes PA auriculaires stimulent les cellules voisines et les dépolarisent

L’onde d’excitation progresse de proche en proche et envahit l’ensemble des oreillettesPuis passage au nœud Auriculo-ventriculaire, seule voie de conduction vers les ventriculesPuis passage dans le tronc du faisceau de Hiss Puis activation des cellules de PurkinjePuis activation des cellules musculaires ventriculaires à partir des fibres de PurkinjeActivation de l’endocarde vers l’épicarde (int vers ext)

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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

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- 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

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Définition du potentiel électrostatiquela 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

cst+d

q

πε=V

0(r) 4

1

cstqVE Mp )(

ud

qq

πε=F

0

221

12 4

1 pgradEF

MM VdgraE

Rappel

24

Electrostatique

Propriétés de symétrieCertaines composantes du champ électrique sont nuls

http://www.crystallography.fr/crm2/fr/labo/pages_perso/Aubert/Electro/2chargesOpp/2chargesOpp.html

Rappel

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

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q>0

q<0

r1

r2

P

M1

M2

1u

2u

1E

E

2E

En P charge Q

)(4

1

210 r

q

r

qVP

26

q>0

q<0

r1

r2

P

M1

M2

1u

2u

1E

E

2E

En P charge Q

)(4

1

210 r

q

r

qVP

O

d

MPU

r

20

cos

4

1

r

qdVP

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

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q<0

q>0

r1

r2

P

M1

M2

1u

2u

1E

E

2E

O

d

MPU

r

20

cos

4

1

r

qdVP

On définit de direction porté par les charges et dirigé dans le sens du négatif vers le positif et son amplitude = |q|d. qdcosest alors la projection de sur OP

M

M

Et donc

Et donc

puMqd

cos

204

1

r

uMV pP

M

est appelé le moment dipolaire

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Notion de fibre isolée ou feuillet électrique

+++++- - - - -

P

Md

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 feuilletOu représente la distance entre les charges q (équivalent de d précédemment)

Et donc que

Si on considère est un vecteur semblable à

Md

dS

dq

puMqd

cos

dqMd

dSMd

20

cos

4

1

r

qdVP

Md

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

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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

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.

www.uel.education.fr/.../dipoles/titre6det.htm

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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

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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.

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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-VRD2= VF-VRD3= VF-VL

3 dérivations unipolairesVR, VL, VF en référence à VW

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Résultats des enregistrements en fonction des dérivations

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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

M

204

1

r

uMV pP

204

1

R

RR

r

uMV

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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

M

37

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 0rrrr FRL

204

1

R

RR

r

uMV

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

2004

1

r

uMV RR

2004

1

rK

FF

LL

RR

uMKV

uMKV

uMKV

)( FLRFLR uuuMKVVV

Schéma P134

R L

F

Lu

Fu

Ru

0rrrr FRL

38

)( FLRFLR uuuMKVVV

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

0

FLR uuu

0 FLR VVV

Montage Équivalent électrique sur le triangle d’Einthoven

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Selon la loi des nœuds de Krirshoff

0)(3

1

0

FLRW

WFWLWR

VVVV

doncR

VV

R

VV

R

VV

Ce qui permet d’utiliser VW comme référence dans les montages unipolaires

Le potentiel à la borne de Wilson

40

Si on considère des montages bipolaires

)(4

11

0RLRL uuMVVD

On en déduit que

1' *1 DRL uMKVVD

R L

F

Lu

Fu

Ru

D1

D2 D3

1Du

Ainsi les ddp D1 sont aussi proportionnelles à la projection du moment cardiaque sur l’axe de la dérivation correspondante

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R L

F

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

VLVR

VF

D1

D2D3

M

0°180°

-90°

90°

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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.

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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

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Vectocardiogrammes normaux et pathologiques

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Exemples de vectocardiogrammes Pathologiques