2. BASES THEORIQUES, PHYSIOLOGIQUES ET TECHNIQUES DE L'ELECTROCARDIOGRAPHIE.

 

Pour bien comprendre la genèse de l'électrocardiogramme et les mécanismes sous-jacents aux modifications observées à l'état normal et pathologique, il est essentiel de rappeler brièvement des notions d'électrophysiologie cellulaire et de séquence de l'activation cardiaque, ainsi que les bases théoriques des dérivations et des projections vectorielles.

 

1. Electrophysiologie cellulaire

Le processus d'activation électrique cardiaque prend naissance au niveau de la fibre myocardique. A l'état basal, une fibre myocardique est dite "polarisée" : la face interne de la membrane cellulaire est tapissée de charges électriques négatives, sa face externe de charges électriques positives, de sorte qu'une microélectrode transperçant cette membrane recueille un potentiel négatif de l'ordre de -90 mV. Lorsque cette fibre myocardique est stimulée, des mouvements ioniques se produisent de part et d'autre de la membrane cellulaire. Les charges négatives internes sont remplacées par des charges positives : le potentiel intracellulaire passe brusquement de -90mV à +20 mV, la cellule est dite "dépolarisée" et notre microélectrode enregistre cette montée rapide du voltage. Ensuite des mouvements ioniques en sens inverse vont progressivement restaurer l'état de départ : c'est le processus de "repolarisation" qui va ramener le potentiel intracellulaire à sa valeur initiale. Au terme du processus, l'électrode exploratrice aura enregistré un "potentiel d'action", constitué de 4 phases successives : état de base, montée rapide, plateau et descente progressive. La phase d'ascension rapide correspond à l'accident de déflexion de grande vélocité de l'ECG (complexe QRS) tandis que le plateau et la descente correspondent au segment ST et à l'onde T

(fig.2.1).

Le processus d'activation initié à l'endroit précis où la fibre myocardique est stimulée va se propager d'une extrémité à l'autre de la fibre. Si la fibre est placée dans un volume conducteur homogène, une électrode placée dans ce liquide conducteur va enregistrer des variations de potentiels induites par le processus d'activation cellulaire. Supposons, comme le montre la

figure 2.2,

que nous ayons disposé 3 électrodes : l'électrode A située à l'extrémité gauche de la cellule, là où débute l'excitation, l'électrode B située à l'autre bout, du côté droit, et l'électrode C située à mi-distance. Voyons comment se déroulent les phénomènes associés à la dépolarisation cellulaire (partie gauche de la figure). Au repos (stade 1), toute la surface externe de la fibre est tapissée de charges positives et aucune différence de potentiel n'est détectée : les électrodes A, B et C enregistrent chacune une ligne plate isoélectrique. Lorsque la fibre est stimulée, des charges négatives remplacent les charges positives à la surface de la cellule : à partir de ce moment se développe un front d'activation qui peut être représenté sous forme d'un dipôle de 2 charges négative_positive qui se propage d'une extrémité à l'autre de la cellule. L'électrode A se trouve constamment située dans la partie négative du champ électrique tandis que l'électrode B se trouve en permanence dans la partie positive du champ. Au stade 2, immédiatement après la stimulation, l'électrode A qui fait face à l'extrémité négative du dipôle et qui, de ce fait, se trouve dans le champ négatif le plus intense, enregistre une déflexion importante dirigée vers le bas, c'est à dire une déflexion maximale négative. En même temps, les électrodes B et C, qui voient s'ébranler le front de charges positives, enregistrent une petite déflexion positive dirigée vers le haut. Puis, au fur et à mesure que le dipôle se déplace de la gauche vers la droite (stades 3 et 4), l'électrode A inscrit une déflexion de moins en moins négative tandis que l'électrode B inscrit une déflexion de plus en plus positive. Le maximum positif en B est atteint lorsque le dipôle positif est sous-jacent à l'électrode B à la fin du processus de dépolarisation (stade 4). Au point C, le déflexion positive initiale est suivie d'un brusque renversement vers une déflexion négative lorsque le dipôle passe exactement sous l'électrode C (stade 4). Lorsque la dépolarisation est complète (stade 5), des charges négatives couvrent toute la surface externe de la cellule, aucun mouvement n'est enregistré et les 3 électrodes inscrivent de nouveau un potentiel isoélectrique. Au total, l'électrode A, qui a vu s'éloigner le front des charges positives, aura enregistré une déflexion négative (onde Q), l'électrode B qui a vu s'approcher le front d'activation, une déflexion positive (onde R) et l'électrode C, située perpendiculairement au front d'activation, un complexe biphasique (complexe RS). La partie droite de la

figure 2.2,

montre le déroulement des phénomènes pendant la repolarisation cellulaire : il s'agit du processus inverse, l'extrémité gauche de la cellule se couvre de charges positives et un front de charges négatives en avant se dirige de la gauche vers la droite (stades 6_7) : l'électrode A qui se trouve dans la partie la plus positive du champ électrique enregistre une déflexion positive maximale tandis que l'électrode B inscrit un début de déflexion négative (stade 7). Au fur et à mesure que le dipôle se dirige vers la droite, extrémité négative en avant, l'électrode A inscrit une déflexion moins positive, l'électrode B une déflexion plus négative (stades 8 et 9) pour, à la fin, revenir à la ligne isoélectrique. L'électrode C qui voit s'approcher, ensuite s'éloigner, le dipôle positif/négatif inscrit une déflexion d'abord négative, ensuite positive. En résumé, la totalité du processus de dépolarisation-repolarisation aura produit au point A un complexe onde Q-onde T positive, au point B un complexe onde R-onde T négative, en C un complexe RS suivi d'une onde T biphasique négative-positive.

Ces phénomènes sont observés au niveau d'une fibre myocardique isolée. Au niveau du myocarde constitué d'un grand nombre de fibres myocardiques, la repolarisation se propage en sens inverse de la dépolarisation, de sorte que la polarité de l'onde T est le contraire de ce qui est représenté à la figure : l'onde T est négative quand l'onde de dépolarisation est négative et positive quand l'onde de dépolarisation est positive. Dans le myocarde in vivo, la dépolarisation se propage donc de l'endocarde vers l'épicarde tandis que la repolarisation commence au niveau de l'épicarde là où la dépolarisation s'est achevée.

figure 2.2,

2. Séquence d'activation cardiaque

(fig. 2.3)

Le stimulus physiologique de l'activation cardiaque est fourni rythmiquement (de 60 à 100/min) par le noeud sino-auriculaire ou noeud sinusal de Keith-Flack qui est situé dans la partie supérieure de l'oreillette droite à proximité de l'abouchement de la veine cave supérieure. De là, l'excitation se propage de proche en proche pour dépolariser toute l'oreillette droite, ensuite le septum interauriculaire et l'oreillette gauche, par l'intermédiaire de trois faisceaux intra-auriculaires antérieur, moyen et postérieur. C'est le faisceau antérieur qui donne une branche rejoignant l'oreillette gauche (faisceau de Bachman) et assurant ainsi la conduction inter-auriculaire. Les 3 faisceaux auriculaires se rejoignent à la partie postéro-basale du septum interauriculaire, en avant de l'abouchement du sinus coronaire, y formant le noeud auriculo-ventriculaire d'Aschoff-Tawara dont plusieurs régions ont été décrites. A son extrémité inférieure, les fibres conductrices se réunissent en faisceaux parallèles pour former le faisceau de His. Le tronc commun du faisceau de His court le long de la partie postéro-inférieure du septum interventriculaire membraneux et, après un court trajet de 1 cm, au sommet du septum interventriculaire musculaire, il se divise en deux branches principales. La branche droite, grêle, chemine sous l'endocarde septal du ventricule droit, en direction du muscle papillaire antérieur. La branche gauche, courte et épaisse, se divise très tôt en deux rameaux, un rameau antéro-supérieur et un rameau postéro-inférieur . Kulbertus et Dumoulin(15) ont également décrit un faisceau de fibres centro-septales issu de ces deux rameaux principaux. Les deux branches du faisceau de His envoient d'innombrables ramifications à l'intérieur de la musculature septale et sous l'endocarde ventriculaire gauche et droit. Ces fines ramifications forment le réseau de Purkinje dont la trame s'étend pratiquement à toutes les couches sous-endocardiques des ventricules, un peu moins au niveau de leur partie postéro-supérieure. A partir des fibres de Purkinje, l'activation s'étend de proche en proche à travers le myocarde non différencié.

La vitesse de propagation de l'onde d'activation à partir du noeud sinusal varie très fort : 1000 mm/s à travers les faisceaux internodaux et les oreillettes, 50 mm/s seulement à la jonction entre l'oreillette et le noeud auriculoventriculaire où l'influx est nettement ralenti, 20 mm/s dans le noeud AV lui-même, où la vitesse est lente et inhomogène, 1500 mm/s ou davantage dans le faisceau de His, 4000 mm/s dans les fibres de Purkinje.

Le trajet de l'activation au sein des ventricules, plus précisément la progression du front d'onde d'activation à partir du septum, est bien connue depuis les célèbres travaux de Durrer, Van Dam et Arzbaecher (16) qui ont établi la carte de l'activation du coeur humain au moyen d'électrodes intramurales. La première zone activée est située sur la face gauche du septum interventriculaire. L'onde d'activation progresse au sein du myocarde en envahissant des zones à l'état de repos, donc électropositives, laissant derrière elle des zones électronégatives. Donc les forces électriques issues de la dépolarisation sont orientées positivement vers l'avant de la progression, dans le même sens, et leur trajet transmural va de l'endocarde vers l'épicarde. C'est ainsi que durant l'activation de la paroi antérieure des ventricules, les forces résultantes sont orientées dans le sens endocarde-épicarde, c'est-à-dire vers la paroi antérieure du thorax. Au contraire, quand surviendra un peu plus tard l'activation de la paroi postérieure, les forces électriques iront vers la paroi postérieure du thorax. Ce schéma est à la base de l'électrogenèse : il est fidèlement reproduit dans le déroulement de la courbe spatiale du vectocardiogramme (voir section IV) et dans la morphologie des tracés électrovectocardiographiques.

 

3. Vecteurs, Dérivations et Genèse de l'Electrocardiogramme

3.1 Notions vectorielles

Une fibre myocardique aussi bien qu'une portion du myocarde en cours de dépolarisation peuvent être représentées comme une zone encore au repos et donc électropositive, séparée d'une zone déjà activée, devenue électronégative (17). Le front d'onde d'activation est cette surface qui sépare zones activées et zones au repos : des charges négatives et positives y sont disposées face à face. L'ensemble de ces charges électriques constitue un "doublet" -+, encore appelé "dipôle" : il représente le générateur électrique élémentaire. Chacun de ces dipôles peut être représenté graphiquement sous forme d'un "vecteur", c'est-à-dire une force électrique qui a une grandeur (amplitude) et une orientation spatiale. A chaque instant de la dépolarisation il existe une multitude de dipôles, donc de vecteurs, issus des diverses régions qui sont en cours d'activation. La somme de tous ces vecteurs peut se résumer sous forme d'un vecteur unique qui est le vecteur résultant instantané. L'amplitude et l'orientation de ce vecteur résultant dépendent de la localisation et de l'importance respective des zones successivement activées dans le myocarde(17). Ainsi, pour les ventricules, l'activation commençant sur la face gauche du septum et se dirigeant vers le ventricule droit, on observe au temps 10 ms un vecteur orienté à droite et en avant

(fig.2.4).

Ensuite, les régions sous-endocardiques des parois antéroseptale, apicale et latérale du ventricule gauche sont rapidement envahies, de sorte qu'à 20 ms le vecteur résultant est orienté en avant et en bas, très légèrement à gauche. A 30 ms toute la paroi libre du ventricule gauche et une partie du ventricule droit sont atteintes. Le ventricule gauche étant plus épais que le ventricule droit, l'orientation dominante du vecteur résultant est antérieure gauche. L'activation poursuit son trajet concentrique au milieu des couches sous-épicardiques et commence à atteindre la région postéro-latérale du ventricule gauche, donnant un vecteur résultant qui, vers 36 ou 38 ms, s'oriente franchement à gauche et devient légèrement postérieur. Le vecteur d'amplitude maximale s'observe vers 42 ms. Ensuite, l'activation s'achève dans les zones postéro-inférieures, d'abord du ventricule gauche et du septum, ensuite du ventricule droit. Ceci correspond à l'orientation des derniers vecteurs qui sont franchement postérieurs, d'abord à gauche, puis à droite.

 

3.2. Dérivations électrocardiographiques

Ces vecteurs résultants instantanés successifs sont "appréhendés" au moyen des dérivations électrocardiographiques. Une dérivation correspond à la ligne de tension réunissant deux électrodes placées en deux points déterminés de la surface du corps et entre lesquelles sont enregistrées les différences de potentiel. En électrocardiographie conventionnelle, l'activité électrique du coeur est étudiée par l'enregistrement d'une série de 12 dérivations : 6 dérivations périphériques (I, II, III, aVR, aVL, aVF) l'explorent dans le plan frontal et 6 dérivations précordiales (V1, V2, V3, V4, V5, V6) l'explorent dans le plan horizontal.

 

Dérivations périphériques

Ces dérivations sont dites "périphériques" ou "éloignées" parce que les électrodes sont placées à distance de la surface épicardique. Elles sont obtenues au moyen de 4 électrodes appliquées au bras droit, au bras gauche et à la jambe gauche, l'électrode de la jambe droite étant une électrode neutre destinée à éliminer les parasites électriques. Ces 4 électrodes permettent d'enregistrer dans le plan frontal 3 dérivations standard ou bipolaires (I, II, III) et 3 dérivations unipolaires des membres (aVR, aVL, aVF).Les dérivations bipolaires de Einthoven I, II, III

(fig. 2.5)

sont constituées d'électrodes actives qui enregistrent la différence de potentiel entre les 2 points où elles sont

appliquées :

Selon l'hypothèse de Einthoven, on admet arbitrairement que les lignes des dérivations I, II et III délimitent un triangle équilatéral frontal dont le centre correspond au centre de la masse cardiaque.

Les dérivations unipolaires des membres, aVR, aVL, aVF sont obtenues par l'enregistrement des différences de potentiel entre une électrode active ou exploratrice (bras gauche, bras droit, jambe gauche) et une électrode neutre qui reste à un potentiel pratiquement constant. Cette électrode neutre est obtenue par l'artifice du "Central terminal" de Wilson, c'est-à-dire en joignant les électrodes du bras droit, du bras gauche et de la jambe gauche et en connectant cet ensemble, à travers une résistance de 50.000 ohms, au pôle négatif du galvanomètre. L'électrode positive, exploratrice, enregistre des variations de potentiel à l'endroit où elle est placée. Placée sur le bras droit, le bras gauche ou la jambe gauche, l'électrode active enregistre le potentiel de chacun de ces membres. La lettre V identifie une dérivation unipolaire et les lettres r, l et f les membres respectifs (right, left, foot). En déconnectant le central terminal du membre où le potentiel est enregistré, l'amplitude qui est mesurée au niveau de ce membre est augmentée, d'où l'appellation "augmented unipolar leads" : aVR, aVL, aVF

(fig. 2.6).

Dérivations précordiales

Les dérivations précordiales sont des dérivations unipolaires thoraciques qui enregistrent l'activité électrique cardiaque dans le plan horizontal. Comme il s'agit de dérivations unipolaires, l'électrode exploratrice recueille d'importantes variations de potentiel alors que l'autre électrode est connectée au Central terminal selon Wilson

(fig. 2.7).

Ce sont des dérivations "rapprochées" car l'électrode exploratrice est placée en divers points de l'aire précordiale, à faible distance de l'épicarde, face aux parois du ventricule droit et gauche. Les électrodes exploratrices sont placées de façon immuable comme suit

(fig. 2.8):

Dans certains cas, on peut ajouter :