Histoire de l'électrophysiologie - Définition

Introduction

L'électrophysiologie est l'étude des phénomènes électriques chez les êtres vivants. L'histoire des connaissances en ce domaine remonte à l'Antiquité, mais ce n'est qu'au XVIII^e siècle, avec les travaux de Volta et Galvani que cette discipline scientifique commence à s'individualiser comme branche de la physiologie. Les applications de l'électrophysiologie à la médecine concernent d'une part certaines techniques utiles au diagnostic (électrodiagnostic), d'autre part des méthodes utilisées dans le traitement de certaines affections (électrothérapie).

La bioélectricité dans l'Antiquité

Les premiers phénomènes bioélectriques connus sont les décharges produites par l'organe électrique de certains poissons. Des bas-reliefs de l'Égypte antique représentent des poissons-chats, dont on sait qu'ils peuvent générer des impulsions électriques de plus de 350 V (bas-relief de la tombe de Ti à Saqqarah, datant de -2750 environ par exemple).

En Méditerranée, cinq espèces au moins de poissons électriques sont connues, comme torpedo torpedo (torpille) dont il existe des représentations anciennes (mosaïque de Pompéi du I^er siècle). La torpille peut générer des impulsions de 45 V.

Bien que leur mécanisme fut inconnu, les décharges générées par ces poissons étaient utilisées d'une manière que l'on pourrait décrire comme de l'« électrothérapie ». Scribonius Largus, sous le règne de l'empereur Claude (41-54), décrit ainsi le traitement contre la migraine ou contre la goutte.

Description du potentiel de membrane et du potentiel d'action

Dans les années 1840, le physicien italien Carlo Matteucci avait montré que dans un muscle coupé transversalement, un courant électrique s'établit entre surface de la tranche de section (l'intérieur de la cellule) et surface extérieure non endommagée (milieu extracellulaire).

Au milieu du XIX^e siècle, Emil du Bois-Reymond mesura pour la première fois un courant d'action sur des muscles et des nerfs stimulés. En améliorant ses instruments de mesure, il observa en effet une diminution temporaire du courant précédemment découvert (alors appelé "courant de blessure", c'est-à-dire le potentiel de repos). Il nomma cette diminution de courant "fluctuation négative" (negative Schwankung). Cependant l'origine de cette "fluctuation négative" et de ce "courant de blessure" restait indéterminée.

Ludimar Hermann, un élève de du Bois-Reymond développa en 1898 la théorie du "noyau conducteur" (Kernleitertheorie). Il proposa que les muscles et les fibres nerveuses sont composés d'un noyau conducteur et d'une interface isolante (comme une "enveloppe"). Une excitation produirait un courant d'action qui polariserait l'enveloppe isolante, et, par induction, activerait les fibres voisines. L'origine locale de l'excitation serait une réaction chimique de type explosive dans le noyau: une altération brutale du métabolisme (Alterationstheorie).

Mais Julius Bernstein, un autre élève de du Bois-Reymond, montra en 1902 grâce à des mesure de dépendance à la température du potentiel de repos, que les phénomènes bioélectriques ne sont pas directement d'origine chimique. Ses expériences indiquaient au contraire qu'il y avait dans les fibres un électrolyte préexistant responsable du potentiel de repos et de la "fluctuation négative". Il profita pour aboutir à cette conclusion de deux avancées récentes:

• Walther Nernst avait décrit le potentiel de diffusion entre deux solutions de concentration différente (1888/1889). Bernstein appliqua l'équation de Nernst au potentiel de repos qu'il mesurait.

• Wilhelm Ostwald obtint presque simultanément (1890) un potentiel électrique de part et d'autre d'une membrane artificielle semi-perméable aux ions.

Bernstein pensa que l'enveloppe isolante décrite par Hermann est en fait une membrane semi-perméable. Il supposa alors que le courant observé entre la surface tranchée des muscles et la surface intacte est dû au différence de concentration ionique, à l'électrolyte préexistant. L'intérieur des fibres est riche en phosphate de potassium (K₂HPO₄), et la membrane perméable seulement au potassium. Il reprit sa "théorie membranaire" en 1912 dans sa monographie "Elektrobiologie". Il fonda ainsi un nouveau paradigme pour la compréhension de la bioélectricité qui resta inchangé pendant environ 40 ans, jusqu'à ce que l'amélioration des instruments de mesure permette de mieux préciser les différents mécanismes de la bioélectricité.