Sur la signification de l'onde T

Vol . 7, pp . 47-58, 1968 . Life Sciences Printed in Great Britain .

Pergamon Press

SUR LA SIGNIFICATION DE L'ONDE T B . Rybak Zoophysiologie, Faculté des Sciences Caen (Received 10 October 1967) L'onde T suscite depuis l'origine de l'électrocardiographie de nombreuses interprétations (1). L'introductiôn des techniques d'enregistrement â l'aide d'électrodes intracellulaires (2) n'a pas encore permis de trancher la question et les relations de T avec le mécanogramme d'une part et d'autre part avec le "plateau" du potentiel monophasfque transmembranaire que manifestent les fibres cardiaques des coeure en contractions relativement lentes (3) restent (4) "un des mystères majeure de la physiologie cardiaque" (3 ) . La théorie uniciate postule que le eystéme QRST set l'expression d'un mEme processus transitant dans une entité cardiaque, tandis que la théorie dualiste considère que QRS d'une part et T d'autre part eoat des phénomènes pouvant étre indépendante . Le point cependant bien établi est que le système QR$T set susceptible de se manifester dans toute entité cardiaque et, en conséquénce, que la structure du coeur en tant qu'organe n'intervient pas eyatématiquement (lb) (5). Si l'onde T exprime exclusivement la repolarisation d'une entité myocardique, il reste à expliquer un certain nombre de points et, par exemple 1) le fait que lorsque le ventricule de Grenouille est intoxiqué par l'acide monoiodacétique l'onde T disparaît en méme tempe que le mécanocardiogramme ++ ( IviCG ) ( 6 ) ; 2 ) le fait que sous l'action de certaines doses de Ca la diminution d'amplitude du mécano-auriculogramme paralléliae celle du potentiel d'action (électrode de succion) et l'abolition de la période négative de l'onde T (7) ; 3) le fait que la sortie de potassium ne peut toujours étre mise en place chronologiquement avec certitude lors d'un évbnement QRST (8) - et que

d'ailleurs pour rendre, compte par les équations d'HODGKIN et d'HUXLEY (9) du potentiel d'action ventriculaire tranamembranaire, il est nécessaire d'introduire une hypothéee concernant la conductance au potassium (10) - , 4) le fait que l'onde T se manifeste dans le muscle du coeur et non dans le 47

48

ECG-EMG EVENTS

Vol . 7, No . 1

muscle strié du aquelette,ce qui implique que ai le transit transmembranaire de micro-ions est seul en jeu son processus doit être nettement différent ici et là ; 5) le fait qu'il y a à rendre compte non d'une binarité QR ou RS du complexe R mais d'une ternarité QRS très générale de celui-ci et, ceci, pour toute entité cardiaque même aussi simple qu'une valve aino-auriculaire de Roussette (11) . Plusieurs auteurs en viennent à considérer dans le potentiel d'action cardiaque transmembranaire l'existence d'une composante rapide et d'une composante lente (4c) (10) (12 ) . Il faut remarquer que la résistance membra naire du tissu conducteur (13) comme celle du tissu ventriculaire (14) présentent pendant la période du "plateau" une allure constamment croissante et devenant maximum au moment précisément qui ae situe - ainsi que le montrent des enregistrements simultanés de l'ECG et du potentiel d'action transmembranaire (3) (15) - lors de la période rapide de repolarisation membranaire (fin du plateau) . Ces faite m'amènent à supposer que les processus ioniques transmembranairea sont couplés, au moment de la phase dernière de la repolarisation cardiaque, avec le processus mécanique de contraction-décontraction, la résistance électrique diminuant au coure de la phase R

par accroissement

de la porosité membranaire, puis augmentant à mesure que La propagation de l'onde amène la contraction musculaire (c'est-a-dire la réduction de l'espace musculaire) pour diminuer au cours de la décontraction qui est associée à un ré-espacement moléculaire des structures membranaires contractiles et non-contractiles du muscle cardiaque . ~ cet égard il conc" ient de relever les expériences et interprétations anciennes de de MEYER (16) qui considérait l'onde T comme la transcription graphique d'un courant de déformation coïncidant avec la contraction sarcoplasmique ; cependant plusieurs auteurs ont noté le maintien de l'onde T en l'absence de déformation mécanique (17) ou encore celui d'un potentiel d'action membranaire lorsque toute réponse mécanique aurait disparu (4a) . Dans ce dernier cas une distribution passive sur un espace limité du potentiel d'action à partir d'un centre "pacemaker" n'est pas à exclure . De toute façon il faut souligner que les techniques d'ouverture totale des coeura de Vertébrés ont été mises spécialement au point (18) pour vérifier précisément l'état mécanique du courr dans sa totalité et que, dans

Vol .

7,

;Vo .

1

ECC~-FM('~ EVfaTS

"99

ces conditions strictes de contrSle - voire cinématographique d'examen macroscopique et microscopique - l'ECG prélevé par dérivations bipolaires externes ou de contact ne se manifeste dans sa totalité que dans la mesure où L'entité cardiaque considérée présente une activité mécanique pouvant d'ailleurs étre faible ; par contre une activité électrique de type QRS (sans T) est décelable en dérivation bipolaire de contact au niveau du noeud de KEITH et FLACK de l'oreillette droite isolée étalée ouverte de Mouton alors que l'oreillette ne montre aucune contraction, soit que la préparation ait

trop vieilli

in vitro, soit que la tension statique conditionnant la catalyse mécanique (18) n'ait pas été appliquée ou qu'elle ait été sous-liminaire de sorte que le complexe ondulatoire d'impulsion R n'ait pu ainsi se propager dans la masse musculaire et provoquer sa contraction (19) . Comme d'autre part l'amplitude de l'onde T ne suit pas systématiquement l'amplitude de la contraction (20), comme, par ailleurs, la durée du'~lateau" peut étre modifiée par différents traitements (21) et, enfin, comme les enregistrements simultanés ECG-MCG ou encore des potentiels d'action cardiaque (PAC)et du MCG (3 a) (22) - effectués 3 l'aide de différents "transducteurs" mécanographiques - montrent que le sommet de l'onde T de l'ECG correspond à l'épaulement de repolarisation apparente du "plateau" de PAC et que ces évènements électriques se mettent chronologiquement en place de façon telle que la repolarisation électrique apparente du PAM et la relaxation mécanique coïncident, il a paru utile de reprendre expérimentalement La question des corrélations électromécaniques avec une technique de transduction mécanique sans inertie . Etant donné que le coeur est riche en molécules d'eau et qu'au cours d'un cycle systole-diastole la géométrie spatiale du coeur change, provoquant une variation instantanée locale de la masse de tissu -donc de la densi té volumique protonique - la résonance magnétique nucléaire (RMN) a été mise en oeuvre à cet effet avec un. appareil "Varian" 40 MHz dont le diamètre du tube porte-échantillon permet l'introduction d'un coeur de Tortue grecque . Il a été ainsi montré (23) que l'onde T est quasi-contemporaine de la variation de signal de RMN pour l'eau, c'est-à-dire de la variation de la conformation du coeur .

50

ECG-EMC EVENTS

Vol . 7,

No .

1

Nouvelles exp~Fjß~ççg 1

Coeur

Le coeur de Tortue grecque est monté our la plaque-support comme indiqué précédemment (23) et de telle façon notamment que la base ventriculaire (masse tissulaire maximale) soit située exactement au niveau de l'an neau du récepteur et là où, par ailleurs, émergent de la paraffine les deux électrodes de platine de détection ECG (dérivation "Dl" de contact) . Cette plaque a été aménagée de sorte qu'elle présente deux cales - supérieure et inférieure - de paraffine de façon que la plaque-support, une foie introduite dans le tube ne s'écarte pas, par sa base, du cylindre intérieur du tube porte-échantillon et ne comprime pas, ce faisant, la préparation cardiaque (fig . 1) . En effet si cette application du ventricule contre le verre ae manifestait, il s'ensuivrait que la mauvaise amplitude du cycle contraction-décontraction de la préparation ne permettrait pas de mettre en évidence le phénoméne, étant donné les minimes modifications de la masse ventriculaire et la sensibilité relativement faible de l'appareil utilisé . Il est nécessaire d'ailleurs de mettre en oeuvre un coeur de Tortue de 500-600 mg poids essoré minimum afin que la variation de masse ventriculaire soit suffisante et pour que la variation d'amplitude du sommet du signal RMN de l'eau soit en conséquence notable . 2) Musclestrié du eguelette Pour vérifier que les variations d'amplitude du sommet de la raie protonique RMN sont bien associées aux variations de la quantité d'eau de la zone musculaire interceptée par le détecteur de radio-fréquence lors d'un cycle contraction-décontraction, le gaetrocnémien de Grenouille ( Rana escu lenta )a été monté sur un support de verre comme l'indique la figure 2 . Ce muscle a été excité électriquement par son nerf sciatique à l'aide de deux électrodes de platine reliées â un stimulateur électronique "Racia" . Les fils de platine doivent être nue sur toute la longueur parcourant l'intérieur du tube placé dans l'entrefer de l'électro-aimant de façon qu'il n'y ait aucun effet écran du fait des matières employées pour les gaines . Lee tracés simultanée ECG-RMN sont suivis sur un oscilloscope "Tektronix" 502 A, le balayage hyperbolique en X des deux voies étant celui de l'oscilloscope du spectromètre ; la base de tempe est représentée par un

Vol . 7, No . 1

ECG-EMG EVENTS

51

Figure 1 : 1 - Paraffine ; 2 - Plaquette de verre ; 3 - Electrodes d'E . C . G . ; 4 - C$ble de liaison ; 5 - Eprouvette . FiAUre 2 : 1 - Gastrocnémien ; 2 - Tendon d'Achille ; 3 - Nerf ~ciatique ; 4 - Fils de fixation ; 5 - Élastique de fixation ; 6 - Fils d'excitation ; 7 - C$ble de liaison ; 8 - Baguette de verre de 3 mm Qi . cdté horizontal de carré pour une seconde à l'extrémité initiale (gauche des tracés) . Les tracés de contraction du gastrocnémien sont suivis our une seule voie de l'oscilloscope .

Les photographies sont prises avec un appareil

"Polaroïd" . Résultats Les figures 3, 4, 5 et 6 montrent les différente types de signaux enregiBtréa à ~N25° C avec différentes préparations cardiaques . On voit que, quel que soit le rythme contractile de la préparation, le sommet positif ou négatif de l'onde T est remarquablement associé en chronologie avec le sommet du signal RMN . On notera aussi que le signal RMN débute systématiquement aussit8t aprés l'apparition du complexe d'impulsion R et qu'il ae pro-

52

EC4~-EMG EVENTS

Vol . î, No . 1

longe souvent quelque tempe après l'onde T, comme si le sommet de celle-ci exprimait électriquement un processus maximum .

La figure 7 (1 c8té horizontal de Carré = 1 s) montre pour la premiçre foie un tracé RMN caractéristique d'un tétanos parfait obtenu avec un gastrocnémiea de l, 931 g (poids essoré) excité en salves (impulsions carrées ; 9 V ; 40 Hz ; 50 ms ; 9 = 25 ° C ) .

Vol .

i, \o .

1

EC(~-~1G I~ :VE?\Tti

53

fig . 7 Discussion Il apparait donc que, d'une façon ou d'une autre, lors de cycles normaux de contractions, l'onde T serait associée à l'évènement mécanique mais, très certainement, celui-ci est lui-même contemporain d'un autre phénomène et, particulièrement, de mouvements d'ions . On peut alors supposer que l'effet DONNAN interviendrait (24) . En effet, lors de la contraction musculaire, la concentration des macromolécules (myosines) augmente localement tandis qu'au moment de la décontraction, cette concentration revient à sa valeur initiale ; il en résulte que l'équilibre DONNAN (25) est successivement modifié dans un sens puis dans un autre, ce qui provoque un transfert transmembranaire de micro-ions . Ainsi, s'il y a modification du moment électrique des myosines lors du cycle contraction-décontraction (5) (23), il y aurait aurai, consécutivement à la variation de concentration locale en myosines notamment, une suite de phénomènes électro-chimiques générateurs de potentiels : lors de la phase QR, Na + pénètre puis, dans la phase initiale de la contraction cardiaque il ae produirait une entrée dans le muscle de Ca++ (26) . Notons que l'ion calcium peut agir à trois niveaux au moine : 1) au niveau membranaire (27), 2) au niveau musculaire (28 ), 3) au niveau mitochondrial (29) . Ensuite, l'équilibre intramusculaire ~K + ) [C1 ~-~K + ~

[protéine ae modifiant en fonction notamment de

l'augmentation instantanée de la concentration locale des myosines, K+ sortirait de la fibre, phénomène qui pourrait étre associé à une modification des

54

ECG-EMG EVENTS

Vol .

7, No .

1

liaisons hydriques selon l'hypothèse de 1"'association-induction" de LING (multicouches polarisées d'eau orientées sur les surfaces des protéines cellulaires) (30) . Les cycles phosphorylations-déphosphorylationa-tranaphosphorylations associés pourraient étre pris en considération en fonction du fait notamment que l'orthophoaphate rompt la structure organisée d'eau qui entoure les macromolécules (31) et que l'inversion (32) ou la diminution d'amplitude de T comme conséquence de l'hypoxie (33) pourrait étre l'expression de l'effet des variations du rapport ATP~ADP-Pi (34) sur le transit des micro-ions de charge positive ou négative . L'axiomatisation de cette intervention d'un transfert ionique par effet DONNAN peut se faire à partir des équations formulant les variations du potentiel de DONNAN ou de la force électromotrice de DONNAN selon que la concentration en collofdes est petite ou grande (35) . On en arriverait ainsi à considérer que l'onde T résulterait de deux phénomènes principaux surimposée : un phénomène contractile provoquant ou accélérant un phénomène de transit transmembranaire d'ions . On conçoit dans cette hypothèse que des circonstances diverses artificiellement créées puissent permettre d'obtenir des tracés où ne sont pas corellés les évènements T et la contraction-décontraction ou encore le "plateau" du potentiel d'action cardiaque et l'état contractile . Quelle que soit d'ailleurs la signification de l'hypothèse discutée ici, il conviendra dans des études à venir d'enregistrer simultanément par RMN les trois évènements : ECG-PACMC G . Cependant cette hypothèse qui met en avant l'effet DONNAN ne rend pas compte d'un fait qui est signalé ici méme avec le muscle strié du squelette . En effet ce muscle ne présente pas d'onde T lors de sa contraction, or la figure 7 montre que la variation volumique musculaire du gastrocnémien contracté est enregistrable par RMN tout comme celle correspondant à la contraction ventriculaire . Il semble donc que la seule variation de l'équilibre DONNAN ne puisse rendre compte de l'onde T . Je suggérerai que l'explication doit tenir dans des considérations portant our l'ultrastructure différente des muacl es striés cardiaque et squelettique, et notamment : la plue grande densité de mitochondries dans le muscle cardiaque, le plue petit diamètre des fibres du muscle cardiaque (36), la moindre distribution du réticulum sarcoplasmique cardiaque (particulièrement chez la Tortue), la position centrale

Vol .

7, No .

1

ECG-E~1G EVENTS

55

du noyau (37) et aurtoutla présence des disques intercalaires qui joignentlea cellules cardiaques (38) . A ce propos il convient de souligner la richesse enzymatique des disquer intercalaires, observation qui a conduit BOURNE (39) â considérer que ces éléments joueraient un r81e de "survolteurs" pour la propagation de l'onde cardiaque . Ceci doit être rapproché des résultats (40) montrant que la résistance électrique d'un disque est faible, de sorte que, ai structuralement le coeur n'est pas un syncytium, du point de vue de la conduction il peut étre considéré comme tel (41), ce qui pourrait rendre compte d'une phase prolongée des évènements d'excitation-contraction-repolarisation-décontraction selon un décours en "plateau" lors de la détection intracellulaire . Considérant que le potentiel d'action est un phénomène membranaire (excitation) tandis que la contraction est un phénomène myofibrillaire, il résulte que la dissociation de ces phénomènes peut toujours être obtenue artificiellement par un procédé quelconque - par exemple par destruction glycérinique de la membrane (42) - mais normalement ces phénomènes sont liés, par le truchement du sarcoplasme, notamment au moment des processus non perturbés de repolarieation-décontraction . A cet égard l'ion calcium est un candidat

a

plus d'un titre (43) . Résumé

La variation de masse musculaire, provoquant une variation concomitante de la masse d'eau tissulaire, permet une kymographie in vitro des cycles contractiona-décontractions successifs par enregistrement des variations d'amplitude de la raie protonique de l'eau de résonance magnétique nucléaire . Le procédé a été mis en oeuvre d'une part pour établir les corrélations entre électrocardiogramme et mécanocardiogramme . Le tétanos du muscle du squelette isoli a aussi été enregistré . Summary Changes in size and shape of cardiac and skeletal muscles correspond in changes of water into the muscles and permit to follow in vitro

by mean of nu-

clear magnetic resonance the mechanographs providing a technique to estimate the chronology of the ECG-EMG event e . The T wave appears to be in temporal relation with contraction-décontraction . Tetanos of the isolated skeletal muscle was also recorded .

56

ECG-EMG EVENTS

Vol . 7, No . 1

(Je remercie M . HORREARD du Service de Chimie générale de la Faculté des Sciences de Caen pour l'aide qu'il m'a apportée pour l'utilisation de l'appareil "Varian" prété par mon collègue le Professeur Romanetl . BIBLIOGRAPHIE (1) cf,

: a) T, LEWIS, The mechanism and graphic registration of the heart beat ; 3e éd .

; Shaw &sons, Londres (1925) ;

b) H . FREDERICQ, Aspects actuels de la physiologie du myocarde ; Presses universitaires de France, Paris (1927), (2) E . CORABOEUF & S . WEIDMANN, C . R . Soc . Biol . 143, 1329 (1949) . (3) a) C . Mc BROOKS, B . F . HOFFMANN & E, E, SUCKLING, Excitability of the heart ; Grune & Statton, New York (1955) ; b) B, F, HOFFMANN & P . F . CRANEFIELD, Electrophysiology of the heart ; Mc Graw Hill, New York (1960) . (4) a) E . CORABOEUF, Cahiers Coll . Méd . 4 , n° 15 (1963) ; b) D . NOBLE, Physiol . Rev . 46, 1 (1966) ; c) A, PASS DE CARVALHO, B, F . HOFFMANN & W, B . LANGAN, Nature 211, 938 (1966) . (5) B . RYBAK, Pathol . Biol . ~ 639 (196.3) . (6) A . S . DALE, J . Physiol .

London 84, 433 (1935) .

(7) U . SJÖSTRAND, Acta Physiol . Scand .

suppl . 227, 61 (196-1 ),

(8) B . DANIELSON, K . J . ÖBRINK & U . SJCSTRAND, Acta Soc . Med . Upsal . 67, 179 (1962). (9) A . L . HODGKIN & A . HUXLEY, J . Physiol. London 117,

500 (1952) .

(10) A, J . BRADY & J . W, WOODBU.RRY, J. Physiol . London 154, 385 (19E0) . (11) B . RYBAK & H. CORTOT, C . R . Soc . Biol . clr, 2216 (1956) . (12) M . LIEBERMAN & A . PASS DE CAR VALHO, Experientia 23, 539 (1967) . (13) S . WEIDMANN, Ann . New York Ac . Sc . 65, 663 (1957) . (14) E, CORABOEUF, F . ZACOUTO, Y . M, GARGOUÏL & J . LAPLAUD, C . R . Aced . Sc . 246, 2934 (1958) . (15) Y . M . GARGOUÏL, Relations entre l'activité électrique cellulaire et globale du coeur et certains aspects de son métabolisme, Thèse Sc . Poitiers (19 58 ) . (16) J . de MEYER, Arch, int . Physiol . XV, 151 (1919) .

Vol . 7, No . 1

5î

ECG-EMC EVENTS

(17) cf, notamment : a) A . HOFFMANN, PflüQer's Arch . Aes . Physiol . 133, 532 (1910) ; b) F . B . HOFFMANN, Ztschr . exp. Med . XI, 156 (1920) . (18) B . RYBAK, A Medicine contemporànea , Lisboa 76, 295 (1958) . (19) B . RYBAK, résultats inédite . (20) A . J . CLARK, M . G, & P . EGGLETON, R . CADDIE & C . P . STEWART, The metabolism of the frog's heart, chap . XI ; Oliver & Boyd, Edinbourgh & London (1938) . (21) cf, notamment : a) F . KAVALER, A m . J . Physiol . 197, 968 (1959) ; b) E . CORABOEUF, J . de Physiol .

52, 323 (1960) ;

c) J . DUDEL, K . PEPER, R . RUDEL & W . TRAUTWEIN, Nature , 213, 296 (1967) . (22)a) P . MULLER, Schweiz . med. Wschr . 48, 1710 (1963) ; b) S . WEIDMANN, Deutsch . Geaellach. Kreislauff . 30, 1 (1964) . (23) B . RYBAK, Y . DAT, B, BRAILLON & R . ROMANET, C . R . Aced . Sc . 262, 2285 (1966) . (24) B . RYBAK, Cours de Zoophysiologie, vol . II, 33 ; Gauthier-Villars, Paris (1962) . (25) F . G . DONNAN, Z . Elektrochem . 17, 572 (1911) . Voir aussi J . LOEB, Les protéines ; Alcan, Paris (1924) . (26) S . IMAI & K . TAKEDA, Nature 213, 1044 (1967) . (27) Consulter : (4Z a) ; H H . HECHT, in : Ann. New York Ac . Sc . 65, 700 (1957) ; S . WINEGRAD, in : The myocardium, its biochemistry and biophysics ; Am . Heart Ass . , New York, 523 (1960) . (28) a) R . E . DAVIES, in : Control of energy metabolism ; Acad . Press, New York , 383 (1965) et aussi : Nature 199 . 1068 (1963) ; b) T . OHNISHI & S . EBASHI, J . Biochem . 54, 506 (1963) . (29) a) E . C, SLATER & K . W . CLELAND, Biochem . J . 55, 566 (1953) ; b) B . CHANCE, in : Energy-linked functions of mitochondria ; Ac . Press, New York 253 (1963) . (30) G . N . LING, in : Forms of water in biologic system ; Ann . New York Aced . Sc . 125, 401 (1965) . Consulter aussi : J . YON k M . DUPOIVT, Colloque inform . Aspects physic . chim . Biol. Banyuls, C . N . R . S . (1954) .

58

ECG-EMG EVENTS

Vol . 7, No . 1

(31) Pour le collagène, cf. H . J . C . BERENDSE N & C . MICCHELSEN, même conférence qu'en (29), 365 . (32) S. GARB & M . B . CHENOWETH, Circul. Res .

1

135 (1953) .

(33) Pour la bibliographie consulter chap. V, 95, in : E . J. VAN LIERE & J. C . STICKNEY, Hypoxia ; Un . Chicago Press (1963). (34) a) B . CHANCE & B . HAGIHARA, Proc . 5 th Int . Contt . Biochem. vol . V, (1963 ) ; b) B . CHANCE, J . Gen . Physiol . 49, 163 (1965) . (35) J. T . G . OVERBECK in : Progress in biophysics and biophysical chemistry (J . A . V . BUTLER ed . ) ; Pergamon Press, Oxford 6, 58 (1956) . (36) H . E . HUXLEY in : Am . Heart . Asa .

The myocardium, its biochemistry and biophysics,

; New York 328 (1960-1961) .

(37) D . W . FAWCETT, id . (31), 336 . (38) a) F . S . SJOSTRAND & E . ANDERSON, Experientia 10, 369 (1954) ; b) D . H . MOORE & H . RUSKA, J . Biophys .

& Biochem . Cytol .

3, 261

(1957) ; c) chap. II ; vol . I de Structure and function of muscle, (G . H . BOURNE ed . ), Acad . Press, New York, 42 (1960) . (39) G . H . BOURNE, Nature 172, 588 (1959) . (40) S . WEIDMANN, in : Electro-physiology of the heart, Proc . Ist . Card . Milano , 149 (1963 ) . (41) cf . par ex. : A . M . SCHER, chap . 27, 587 in : Medical physiology and biophysics (T . C . RUGH & J . F . FULTON ed . ) ; Saunders, Philadelphia (1960) . (42) R . M . WEISS, R . LAZZARA & B . F . HOFFMAN, Nature 215, 1305 (1967) . (43) Voir exemple : a) S . WEIDMANN, Experientia , XV, 128 (1959) ; b) S . EBASHI, J . Biochem . 50, 236 (1960) ; c) A . SANDOW, Yale J. Biol . Med . 25, 176 (1952) .