Le potentiel de repos et l'électrogénèse cardiaque en relation avec l'hypoxie et la concentration externe en potassium

Abstract

L'objectif du présent projet était double : tout d'abord étudier les effets de l'hypoxie sur la réponse régénérative initiée en présence de concentrations diverses en potassium; en second lieu, vérifier s'il y avait persistance d'une fraction électrogène au potentiel de repos et s'il y avait lieu, quelle en était sa dépendance en fonction de la concentration potassique externe. Ces deux sous-projets étaient étudiés en relation avec les mesures de distribution transmembranaire du Na et du K. Les expériences ont été réalisées sur le cœur isolé de lapin perfusé avec une solution de Krebs-Henseleit selon la technique de Langendorff à 33°C. Les concentrations intracellulaires en Na et K ont été estimées à partir de contenus tissulaires en eau, Na et K ainsi que le volume de l'espace extracellulaire. Le potentiel transmembranaire était enregistré à l'aide de microélectrodes flottantes classiques en verre remplies avec du KCl 3M. Nous avons étudié les effets de 60 minutes d'hypoxie, soit une hypoxie de durée moyenne. La période d'hypoxie était divisée entre une première période de 40 minutes en milieu normal (Ko = 5mM) suivie d'une période de 20 minutes où la concentration externe en K était variée, concentration identique à celle utilisée dans la partie témoin précédant l'hypoxie. À la fin de la période de 60 minutes en hypoxie, les muscles étaient d'une part retirés du montage pour analyse de leurs contenus en Na et K, ou d'autre part exposés à une période supplémentaire de 30 minutes en hypoxie en présence de ouabaïne 10-4 M à la même concentration potassique externe que la période test la précédant. Cette période supplémentaire en hypoxie servait pour la détermination de la fraction électrogène du potentiel de repos en hypoxie. En condition d'oxygénation normale, une augmentation du Na intracellulaire fut observée pour Ko = 1.5mM alors qu'aucun changement était noté pour le K intracellulaire(Ki) à toutes les Ko étudiées. L'hypoxie a causé des gains nets en Na à toutes les_Ko. Ces gains nets étaient accompagnés de pertes potassiques nettes qui étaient restreintes à mesure que Ko était élevée. Ces résultats suggèrent que les gains en Na étaient médiés par une dépression de l'activité de la pompe Na:K alors que les pertes en K reflétaient un effet mixte : dépression de l'activité de la pompe Na:K et augmentation de la perméabilité potassique. L'hypoxie n'a causé aucune dépolarisation de la membrane à toutes les Ko. Une hyperpolarisation significative était même observée pour Ko = 7.5mM. À toutes les Ko, des diminutions de l'amplitude totale et de l'overshoot étaient observées en hypoxie, diminutions qui étaient moins importantes pour des Ko élevées. L'hypoxie a causé une dépression significative de l'amplitude de la phase rapide de montée pour Ko ? 5mM. Une diminution de la vitesse maximale de dépolarisation Vmax était observée seulement pour Ko = 10mM. Il a été démontré que la diminution de la Vmax en haut Ko et hypoxie était reflétée par un déplacement du bas de la courbe d'inactivation du système sodique en régime établi (H?) vers des valeurs de potentiel plus négatives. Bien qu'on ait pas les éléments pour déterminer si l'effet dépresseur de l'hypoxie sur le système sodique est un mécanisme inhibiteur direct du K sur la conductance sodique ou une dépendance du voltage modifiée par l'hypoxie, il est exclu que l'accumulation intracellulaire en Na et autres ions tels le calcium ainsi que l'acidose métabolique soient la cause du déplacement du bas de la courbe H?. Il est proposé que le Na intracellulaire est compartimentalisé, le compartiment des canaux ioniques serait dissocié du compartiment de transport (pompe Na:K). Dans une série d'expériences particulières, nous avons employé la TTX pour inhiber partiellement la phase rapide de montée pour permettre une mesure adéquate de la vitesse maximale de dépolarisation de la phase lente (VmaxII) en conditions d'oxygénation et d'hypoxie (60 minutes) pour quatre Ko. La raison était d'établir si l'effet inhibiteur de l'hypoxie sur la phase lente en bas Ko, et l'insensibilité relative en haut Ko se traduisaient par des changements du courant entrant membranaire net, assumé comme étant en grande partie composé du courant entrant Isi. En normoxie, VmaxII n'a pas varié significativement selon Ko. L'hypoxie a causé une légère diminution significative de ce paramètre pour Ko? 5 mM alors qu'une augmentation significative fut observée pour 7.5 et 10 mM-Ko. Deux mécanismes sont proposés pour justifier la diminution de la phase lente en bas Ko : 1. la cinétique et l'amplitude de la phase rapide ou du courant sodique rapide INa diminuerait la manifestation de la phase lente du fait que Isi ne serait pas activé au complet : 2. le degré de développement de la phase initiale, en particulier son décours temporel, conditionnerait le degré de sensibilité de la phase lente à l'hypoxie. Des expériences en présence d'un ?-bloqueur, le propranolol, ont pu déterminer que l'augmentation de VmaxII en hypoxie et haut Ko était causée par une libération endogène de catécholamines. Il est postulé qu'une libération endogène de catécholamines peut contribuer significativement à maintenir l'activité électrique dans des conditions telles l'ischémie. Une étude électrophysiologique du tissu auriculaire en milieu normal (Ko= 5 mM) a révélé la présence de deux types de potentiel d'action, l'un caractérisé par une phase de montée rapide à Vmax à peu près équivalente au ventricule (138 ± 2 Vs-1) suivie d'une petite composante lente; l'autre caractérisé par une phase de montée unique extrêmement rapide (180 ± 7 Vs-1) suivie d'une petite repolarisation rapide ressemblant aux cellules de Purkinje. Le premier type serait différencié pour la contraction alors que le second serait plutôt la manifestation de fibres spécialisées pour la propagation de l'excitation. Pour les deux types de morphologie, l'hypoxie (60 minutes) n'a causé aucune dépolarisation membranaire et n'a pas affecté l'amplitude de la phase rapide et sa Vmax. La diminution de l'amplitude totale dans le cas du premier type est expliquée en terme d'inhibition de la phase lente. La diminution beaucoup moins importante à l'oreillette de la durée du potentiel d'action en hypoxie par rapport au ventricule suggère que le tissu auriculaire s'adapte mieux à l'hypoxie que le muscle ventriculaire. Dans les expériences où nous avons employé la ouabaïne 10-4M pour inhiber complètement et rapidement la pompe Na:K de façon à dévoiler la composante de diffusion ou de Goldman VG du potentiel de repos, l'hypoxie (60 minutes) a causé une augmentation de VG pour toutes les Ko, augmentation qui fut plus importante pour de basses Ko. Il est postulé que l'augmentation importante de VG est causée par une augmentation sélective de la perméabilité potassique. Il fut démontré qu'en hypoxie, une fraction électrogène persiste pour Ko ? 5mM. Il est proposé que dans des conditions telles l'ischémie où une augmentation de Ko prévaut, l'augmentation de VG et la persistance d'une composante électrogène peuvent contribuer significativement à maintenir le potentiel de repos ainsi que l'activité électrique dans ces conditions. La persistance d'un potentiel de pompe peut avoir des implications substantielles quant à la génération des arythmies cardiaques dans de telles conditions