Le fonctionnement cardiaque repose sur une activité électrique parfaitement synchronisée, prérequis indispensable à l’efficacité mécanique de la pompe cardiaque. Au cours de la dépolarisation et de la repolarisation, des ions sodium (Na⁺), potassium (K⁺) et calcium (Ca²⁺) traversent la membrane cellulaire dans un sens ou dans l’autre via des canaux ioniques spécifiques. L’objectif de cet article est de fournir un bref rappel des grands principes de l’électrophysiologie cellulaire cardiaque et de la période réfractaire des cardiomyocytes.
L'Électrophysiologie Cardiaque de Base
Le potentiel d’action cardiaque se caractérise par une phase de dépolarisation (activation) suivie d’une phase de repolarisation (récupération). Il est présent dans toutes les cellules myocardiques, mais sa morphologie et ses propriétés électrophysiologiques varient considérablement selon le type cellulaire (cellules nodales versus cellules contractiles). Étant électriquement chargés, leurs déplacements génèrent un courant électrique transmembranaire.
L’ensemble des tissus et des fluides entourant le cœur contient une forte concentration d’ions dissous, leur conférant des propriétés de conducteur volumique. Ainsi, les courants électriques générés par l’activité myocardique ne restent pas confinés au cœur mais se propagent à travers l’organisme jusqu’à la surface cutanée, où ils génèrent des différences de potentiel détectables à l’aide d’électrodes. L’électrocardiographe enregistre et analyse ces signaux électriques, puis les restitue sous la forme d’un électrocardiogramme (ECG).
Le Potentiel d'Action dans le Nœud Sinusal et les Cellules Contractiles
L’automaticité des cellules du nœud sinusal est le fondement du rythme cardiaque normal. Elle résulte d’une instabilité du potentiel de membrane durant la phase de repos, due à l’entrée progressive de sodium (Na+) dans la cellule dès la fin de la repolarisation précédente. Ce courant entrant spécifique, souvent désigné sous le nom de courant « funny » (If), entraîne une dépolarisation graduelle de la membrane appelée dépolarisation diastolique spontanée. Lorsque le potentiel membranaire atteint le seuil d’environ -40 mV, un potentiel d’action est déclenché. À ce seuil, les canaux calciques voltage‑dépendants (Ca2+) de type L s’ouvrent, permettant un afflux massif de calcium responsable de la phase ascendante (rapide) de la dépolarisation dans ces cellules nodales. La phase de repolarisation débute ensuite par l’inactivation des canaux calciques et l’ouverture des canaux potassiques (K+) voltage‑dépendants, favorisant la sortie de potassium et le retour au potentiel diastolique maximal. Il convient de noter que la pente de cette dépolarisation spontanée (phase 4) est modulée par le système nerveux autonome : la stimulation sympathique augmente la pente (accélérant la fréquence cardiaque), tandis que la stimulation parasympathique la diminue.
La dépolarisation se propage du nœud sinusal vers le myocarde auriculaire puis ventriculaire. La conduction du potentiel d’action est rendue possible par l’interconnexion électrique de toutes les cellules cardiaques via des jonctions lacunaires (gap junctions). La densité et le type de connexines déterminent la vitesse de conduction. La densité particulièrement élevée de jonctions lacunaires dans les fibres du réseau de Purkinje explique la vitesse très élevée de conduction (jusqu’à 4 m/s) dans ce système, assurant une activation ventriculaire rapide et synchrone. À l’inverse, les cellules du nœud auriculo‑ventriculaire présentent une faible densité de jonctions lacunaires et une géométrie cellulaire complexe, ce qui entraîne un ralentissement physiologique majeur de la conduction. Ce délai est crucial pour permettre le remplissage ventriculaire avant la systole.
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Les Phases du Potentiel d'Action des Cellules Contractiles
Les cellules contractiles (myocytes auriculaires et ventriculaires), à la différence des cellules du nœud sinusal, présentent un véritable potentiel de repos stable (phase 4) d’environ -90 mV, maintenu principalement par les canaux potassiques à rectification entrante (IK1). Elles ne possèdent pas d’automaticité physiologique et nécessitent une stimulation externe (d’une cellule voisine) pour déclencher un potentiel d’action. Lors de cette stimulation, si le potentiel atteint le seuil d’excitabilité (environ -70 mV), l’ouverture explosive des canaux sodiques rapides (Na+) entraîne un afflux massif d’ions sodium, provoquant la dépolarisation cellulaire quasi instantanée.
Phase 4 (phase de repos) : Au cours de cette phase, le potentiel de membrane est stable.
Phase 0 (dépolarisation rapide) : Sous l’effet d’un stimulus, une dépolarisation brutale survient par un influx massif de sodium (Na+) à travers les canaux sodiques voltage‑dépendants rapides (INa). Le potentiel membranaire s’inverse transitoirement, atteignant environ +20 à +30 mV.
Phase 2 (phase de plateau) : C’est la caractéristique distinctive du cardiomyocyte. Presque simultanément à la fin de la phase 1, des canaux calciques de type L (Long-lasting) s’ouvrent. L’influx de calcium (courant entrant) est alors contrebalancé par un efflux de potassium (courant sortant). Cet équilibre maintient le potentiel de membrane à un niveau quasi stable (le plateau).
Phase 3 (repolarisation terminale) : Les canaux calciques de type L se ferment progressivement, tandis que les canaux potassiques voltage‑dépendants (rectifieurs retardés, $IKr$ et $IKs$) s’activent pleinement. L’efflux massif de K+ qui en résulte devient prédominant et restaure rapidement le potentiel de membrane vers sa valeur de repos négative.
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Enfin, il est crucial de mentionner le rôle de la pompe Na+/K+ ATPase.
Couplage Excitation-Contraction
Le lien entre le potentiel d’action et la contraction des sarcomères est appelé couplage excitation-contraction. Le rôle central est joué par l’ion calcium (Ca²⁺). Durant la phase de plateau (Phase 2), l’entrée de calcium extracellulaire via les canaux de type L ne suffit pas à elle seule à provoquer la contraction, mais elle agit comme une « gâchette ». Ce calcium entrant active les récepteurs à la ryanodine (RyR) situés sur le réticulum sarcoplasmique (le réservoir de calcium interne de la cellule), provoquant une libération massive de calcium stocké vers le cytoplasme. Ce phénomène est connu sous le nom de libération de calcium induite par le calcium (CICR).
Périodes Réfractaires des Cardiomyocytes
La protection contre la tétanisation du muscle cardiaque est assurée par la longueur de ses périodes réfractaires. Pendant la majeure partie du potentiel d’action (phases 0, 1, 2 et début de phase 3), la cellule myocardique se trouve en période réfractaire absolue (ou effective), ce qui signifie que les canaux sodiques sont inactivés et qu’aucun stimulus, quelle qu’en soit l’intensité, ne peut déclencher un nouveau potentiel d’action propagé. Cette phase est suivie d’une période réfractaire relative, durant la fin de la phase 3, où une partie des canaux sodiques a récupéré. Durant cet intervalle, un stimulus d’intensité supra-liminaire peut induire un nouveau potentiel d’action, bien que celui-ci soit généralement de moindre amplitude et de conduction plus lente.
Période Réfractaire Absolue (P-RA)
La période réfractaire absolue (P-RA) est une phase cruciale où toute stimulation est ignorée, quelle que soit son intensité. Elle correspond à l’inactivation des canaux sodiques rapides (fibres à réponse rapide) ou des canaux calcico-sodiques (fibres à réponses lentes). Elle débute dès la phase 0 du potentiel d’action et se termine en phase de repolarisation ventriculaire (phase 3 pour une fibre rapide) lorsque le potentiel de membrane est suffisamment électronégatif pour restaurer la réactivation de ces canaux.
Période Réfractaire Relative (P-RR)
La période réfractaire relative (P-RR) est une phase pendant laquelle la cellule est hypoexcitable. Elle correspond au début de la réactivation des canaux ioniques. La réactivation est incomplète et le potentiel d’action qui résulte d’une stimulation durant cette période a des propriétés inhabituelles qui exposent à des problèmes de conduction (bloc en phase 3) et risque de désynchroniser les cellules.
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Importance Clinique des Périodes Réfractaires
Comme l’illustre la figure 2, la période réfractaire relative coïncide électrocardiographiquement avec la seconde moitié et l’apex de l’onde T. Cette phase est classiquement décrite comme une période vulnérable du cycle cardiaque. En effet, la dispersion de la repolarisation est maximale à ce moment : certaines fibres sont complètement repolarisées et excitables, tandis que d’autres sont encore réfractaires. Ce phénomène, bien que rare sur un cœur sain, est une préoccupation majeure en pathologie. Le stimulus déclencheur est le plus souvent une extrasystole ventriculaire (battement prématuré). Lorsqu’une telle dépolarisation ventriculaire survient pendant l’onde T du complexe précédent, on parle de phénomène « R‑sur‑T ». Il convient de souligner que le risque de dégénérescence en fibrillation ventriculaire est particulièrement élevé en présence d’une instabilité électrique, notamment lors d’un infarctus du myocarde aigu (ischémie), en cas d’hypokaliémie sévère, ou chez les patients porteurs d’un syndrome du QT long (congénital ou acquis).
Antiarythmiques et Périodes Réfractaires
Du fait de leurs mécanismes d’action complexes et de leur toxicité potentielle, les antiarythmiques sont des traitements difficiles à utiliser en pratique clinique. L’objectif de cet article est de fournir un bref rappel des grands principes de l’électrophysiologie cellulaire cardiaque et du mécanisme d’action des antiarythmiques, permettant de comprendre et d’optimiser le choix d’un traitement antiarythmique selon la situation clinique.
Classes d'Antiarythmiques et Leur Impact sur les Périodes Réfractaires
Les antiarythmiques sont classés en différentes catégories en fonction de leur mécanisme d'action principal.
Classe I (Bloqueurs des canaux sodiques) : La flécaïne, par exemple, est un bloqueur des canaux sodiques et diminue donc la vitesse maximale d’entrée du sodium en phase 0 du potentiel d’action des cardiomyocytes atriaux. Au contraire les AAR de classe I diminuent la vitesse de conduction de l’influx, diminuent la WL du circuit et favorisent donc les ré-entrées.
Classe II (Bêta-bloquants) : En cas de TV/FV à la phase aiguë d’un infarctus du myocarde, il faut privilégier l’introduction précoce de β-BLOQUANTS associée à l’utilisation de LIDOCAÏNE et/ou AMIODARONE. En cas de TV ré-entrante (ex : séquelle d’infarctus, de myocardite, fibrose en lien avec une cardiomyopathie dilatée), il faut privilégier l’utilisation d’AMIODARONE et de β -BLOQUANTS.
Classe III (Bloqueurs des canaux potassiques) : L’amiodarone possède une action de blocage sur l’ensemble des conductances ioniques ainsi qu’un antagonisme alpha et béta-adrénergique. Il en résulte un allongement des potentiels d’action ainsi qu’un allongement et une homogénéisation des périodes réfractaires. Le Sotalol possède des propriétés inhibitrices béta-adrénergique, auxquelles s’ajoute une action de classe III de blocage des conductances potassiques.
Classe IV (Bloqueurs des canaux calciques) : Ces agents affectent principalement les cellules nodales (nœud SA et nœud AV).
Stratégies de Contrôle du Rythme avec les Antiarythmiques
Une méta-analyse récente incluant 21 305 patients a montré une réduction des récidives de fibrillation atriale d’environ 20 à 50 % après stratégie de contrôle de rythme par anti-arythmique, les meilleurs résultats étant obtenus avec l’amiodarone. Le taux de récidives de FA à 1 an reste toutefois élevé, compris entre 43 % et 67 %.
Exemples Cliniques et Applications des Antiarythmiques
Flutter Auriculaire : La diminution de la fréquence atriale associée à une augmentation des périodes réfractaires peut favoriser la survenue de macro-réentrées (flutter atrial typique notamment). Les périodes réfractaires du NAV étant raccourcies, l’arythmie pourra être conduite en 1 :1.
Infarctus du Myocarde : À la phase aiguë d’un infarctus du myocarde (≈6h à 48h post IDM), la souffrance des cellules du réseau de Purkinje génère des automatismes anormaux ou activités déclenchées.
Mesure des Périodes Réfractaires
La mesure des périodes réfractaires est effectuée par électrode œsophagienne ou au cours d’un ECG endocavitaire par la méthode de l’extrastimulus.
Remodelage Cardiovasculaire et Périodes Réfractaires
Les maladies cardiovasculaires sont souvent le résultat de modifications profondes des propriétés fonctionnelles et structurelles du cœur et des vaisseaux sanguins, causées par divers facteurs individuels et environnementaux. Différents mécanismes moléculaires et cellulaires communs au cœur et aux vaisseaux sanguins sous-tendent ce processus de remodelage. L’expression fonctionnelle des canaux ioniques dans le sarcolemme des cardiomyocytes détermine la forme et la durée du potentiel d’action, contrôlant ainsi la période réfractaire effective du myocarde. L’expression fonctionnelle correcte des canaux ioniques peut être perturbée à plusieurs niveaux, notamment au niveau transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel.
Remodelage Auriculaire et Fibrillation Auriculaire
Au cours des dernières années, des études cliniques ont établi que l’accumulation de tissu adipeux à la surface de l’oreillette est un facteur de risque majeur de fibrillation auriculaire (FA), en particulier lors de troubles métaboliques tels que l’obésité. Une analyse histomorphométrique a révélé deux groupes de composants auriculaires, l’un étant l’accumulation de tissu adipeux épicardique (TAE) et l’autre étant l’infiltration fibrotique qui remplace le TAE. Nous avons identifié des adipokines (Activine A) sécrétées par le TAE auriculaire humain qui favorisent la fibrose dans l’épicarde atrial.
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