Notes de cours : Bases de l’électrophysiologie cardiaque

L’électrocardiogramme (ECG) est la représentation graphique dans le temps de la somme des vecteurs électriques générés par les cellules cardiaques. Pour interpréter correctement ce tracé, il est impératif de comprendre les mécanismes ioniques à l’échelle cellulaire ainsi que la géométrie des dérivations.

1. Le Potentiel d’Action Transmembranaire

Le cœur est composé de deux types principaux de cellules électrophysiologiques : les cellules à réponse rapide (myocytes auriculaires, ventriculaires et système His-Purkinje) et les cellules à réponse lente (nœuds sinusal et auriculo-ventriculaire). Le potentiel d’action des cellules à réponse rapide se divise en 5 phases distinctes :

• Phase 4 (Potentiel de repos) : La cellule est polarisée à environ -90 mV. Ce potentiel est maintenu principalement par les canaux potassiques ($I_{K1}$) et la pompe $Na^+/K^+$ ATPase, qui assure le gradient électrochimique.
• Phase 0 (Dépolarisation rapide) : Lorsqu’un stimulus atteint le seuil d’excitation, les canaux sodiques rapides voltage-dépendants ($I_{Na}$) s’ouvrent, entraînant un influx massif de $Na^+$ et inversant la polarité membranaire (overshoot). C’est le complexe QRS sur l’ECG.
• Phase 1 (Repolarisation initiale) : Fermeture rapide des canaux sodiques et sortie transitoire de potassium ($I_{to}$), créant une petite encoche dans le potentiel d’action.
• Phase 2 (Plateau) : Phase critique pour la contraction cardiaque. Elle résulte d’un équilibre entre l’entrée de calcium via les canaux calciques de type L ($I_{Ca-L}$) et la sortie de potassium. L’entrée de $Ca^{2+}$ déclenche le couplage excitation-contraction. Cette phase correspond au segment ST.
• Phase 3 (Repolarisation finale) : Les canaux calciques se ferment tandis que les canaux potassiques rectifiants retardés ($I_{Ks}$, $I_{Kr}$) permettent une sortie massive de $K^+$, ramenant le potentiel vers sa valeur de repos. Cette phase correspond à l’onde T.

2. Dérivations ECG et Triangle d’Einthoven

L’ECG standard à 12 dérivations offre une vue tridimensionnelle de l’activité électrique du cœur grâce à deux systèmes de référence :

• Le Plan Frontal (6 dérivations) : Il utilise les membres pour définir des axes électriques verticaux.
  • Dérivations bipolaires (I, II, III) : Elles forment le triangle d’Einthoven. La loi d’Einthoven stipule que le potentiel en II est égal à la somme des potentiels en I et III (II = I + III).
  • Dérivations unipolaires augmentées (aVR, aVL, aVF) : Elles mesurent la différence de potentiel entre un membre et la borne centrale de Wilson (moyenne des deux autres membres).
• Le Plan Horizontal (6 dérivations) : Les dérivations précordiales (V1 à V6) explorent le cœur dans le plan transversal, permettant de localiser les vecteurs antérieurs, septaux et latéraux.

3. Analyse Vectorielle et Axe Électrique

Le concept de vecteur cardiaque instantané est fondamental. À tout moment du cycle cardiaque, les multiples forces électromotrices cellulaires s’additionnent pour former un vecteur moyen unique (dipôle) possédant une magnitude et une direction.

La relation entre ce vecteur et l’ECG est régie par la règle de projection :

• Si le vecteur de dépolarisation se dirige vers l’électrode exploratrice positive, l’ECG inscrit une déflexion positive.
• Si le vecteur s’éloigne de l’électrode, la déflexion est négative.
• Si le vecteur est perpendiculaire à l’axe de dérivation, l’inscription est isodiphasique.

L’axe moyen du QRS dans le plan frontal se situe normalement entre -30° et +90°. Une déviation axiale gauche ou droite peut indiquer une hypertrophie ventriculaire, un hémibloc ou une variation positionnelle du cœur.