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Nouvelles approches en cardiographie d’impédance
Médecine & Longévité (2010) 2, 205—210
MISE AU POINT
Nouvelles approches en cardiographie d’impédance A new generation in impedance cardiography J. Bour Centre hospitalier Lemire, 7, rue Lemire, 57501 Saint-Avold cedex, France Disponible sur Internet le 3 d´ ecembre 2010
MOTS CLÉS Impédancemétrie transthoracique ; Hémodynamique ; Volume d’éjection systolique ; Débit cardiaque
KEYWORDS Transthoracic impedance; Impedance cardiography; Hemodynamic; Stroke volume; Cardiac output
Résumé L’intérêt de la mesure du débit cardiaque en cardiologie n’est plus à démontrer. Cependant, les systèmes usuels de mesure de débit cardiaque, invasifs ou non, ont atteint leurs limites. Une nouvelle génération d’impédancemètres cardiaque, PhysioFlowTM , s’est développée en proposant une amélioration majeure : l’analyse purement morphologique du signal d’impédance cardiaque qui s’affranchit des aléas de mesures des impédancemètres classiques utilisant la valeur absolue de l’impédance thoracique (piètre reproductibilité interopérateur, difficultés chez les obèses, en cas d’œdèmes pulmonaires, artéfacts de mouvements [pas d’épreuves d’effort], etc. . .). Utilisant de nouvelles techniques de filtrage et d’analyse des signaux, la précision de ces nouvelles techniques est comparable aux techniques invasives. Sa reproductibilité et sa sensibilité clinique sont excellentes. L’analyse des courbes impédencemétriques et l’utilisation d’outils tels que la croix hémodynamique permettent d’identifier un grand nombre d’anomalies, de diagnostiquer les pathologiques sous-jacentes, de préconiser le traitement adapté et d’en évaluer l’efficacité. © 2010 Publi´ e par Elsevier Masson SAS.
Summary The relevance of measuring cardiac output in cardiology is obvious. However the commonly used systems for cardiac output measurement, invasive or not, are outdated. A new generation of impedance cardiograph (ICG), PhysioFlowTM , has been developped around a major improvement: the morphological analysis of the impedance signal. This method avoids the limitations of standard ICG using the impedance baseline. These limitations included: operator skill dependency, no obesity, no emphysema and only for immobile patients or very moderate exercise. Using a new high tech filtering technology and pure signal morphology analysis, those new technologies features an accuracy that is now comparable to invasive techniques even in
Adresse e-mail : [email protected] 1875-7170/$ — see front matter © 2010 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. doi:10.1016/j.mlong.2010.10.002
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J. Bour demanding measurement conditions. Furthermore, its clinical reproducibility and sensitivity are unsurpassed. The analysis of the impedance wave-form and the use of software tools like the hemodynamic cross help practitioners to identify anomalies, to diagnose more pathology earlier, to optimize treatments and to evaluate their efficacy. © 2010 Published by Elsevier Masson SAS.
Introduction La cardiographie d’impédance (ICG) est une technique très ancienne et relativement connue mais qui n’a pas bénéficié d’une diffusion large dans la pratique médicale en raison de ses limites (pas de patients en surcharge pondérale, souffrant d’œdèmes pulmonaires ou d’emphysèmes, pas d’épreuves d’effort et médiocre reproductibilité interopérateur pour n’en citer que quelques unes. . .). De nouvelles techniques de filtrage et d’analyse des signaux sont récemment apparues, qui permettent d’apprécier l’ICG sous un jour nouveau. En plus de leur facilité de mise en œuvre, de leur faible coût d’utilisation et des avantages de leur nature non vulnérante, qui sont connus depuis toujours, il semble désormais que certains appareils de dernière génération offrent les trois qualités requises pour une application clinique généralisée : • la précision acceptable par comparaison avec les techniques de référence vulnérantes (qui sont cependant très loin d’être des gold standards contrairement à une opinion répandue), y compris dans les cas difficiles (réanimation lourde, épreuves d’effort. . .) [1—5] ; • l’excellente reproductibilité, désormais non opérateur dépendante. Elle est à présent meilleure que celle offerte par les techniques vulnérantes comme la thermodilution [6—7] ; • la grande sensibilité, également supérieure à celle des autres méthodes, permettant de détecter des variations hémodynamiques fines (très utile pour optimiser les réglages d’un stimulateur cardiaque par exemple ou pour améliorer la sensibilité d’une épreuve d’effort à visée coronarienne) [8—10].
En outre, ces systèmes innovants offrent une nouvelle dimension à la pratique médicale : la stabilité et la finesse des signaux obtenus permettent désormais leur analyse qualitative [11]. De la même fac ¸on que les anomalies du tracé ECG ont une valeur diagnostique bien connue, les anomalies des signaux ICG sont susceptibles de guider le praticien dans la recherche de pathologies ayant des répercussions sur la mécanique cardiaque. Nous évaluerons tout d’abord ces nouvelles approches qualitatives, pour ensuite nous attacher à décrire les évolutions de l’ICG dans sa dimension d’outil de mesures hémodynamiques et enfin présenter de nouvelles méthodes d’analyses des paramètres mesurés.
Analyse qualitative des signaux de cardiographie d’impédance Parmi les techniques permettant de représenter et de mesurer les mouvements liquidiens intracardiaques instantanés, le Doppler est la plus connue et offre une image d’origine ultrasonore de ces flux. Une autre technique est pour l’instant moins fréquemment utilisée en routine mais tout aussi utile et efficace : il s’agit de l’impédancemétrie transthoracique ou cardiographie d’impédance (ICG), qui est la représentation électrique des flux intracardiaques. Si l’ECG enregistre de fac ¸on passive le vecteur d’activité électrique du cœur, il convient pour l’ICG « d’injecter » un courant (signal électrique sinusoïdal) de 2,7 milliampères RMS sous 75 KH afin d’obtenir en réponse une courbe appelée dZ (modulation d’impédance cardiaque). dZ est considérée comme la variation du volume sanguin dans les quatre cavités cardiaques. Pour ce faire, six électrodes sont appliquées sur le thorax ; deux pour la synchronisation électrique (découpage des cycles cardiaques au moyen d’une dérivation de type ECG), deux électrodes externes « réceptrices » (l’une à la base du cou, la seconde sur l’appendice xiphoïde) et deux émettrices à l’extérieur mais jouxtant les deux précédentes. En dérivant le signal dZ mathématiquement par rapport au temps, on obtient une courbe dZ/dt qui représente l’accélération des flux. L’intensité des ondulations de cette courbe dZ/dt est fonction du rapport mouvement de masse sanguine sur le temps de variation. Ainsi, naissent cinq segments de courbe qui se superposent chronologiquement aux cinq parties de l’ECG, par ailleurs facilement repérables à l’échocardiographie. L’analyse de ces cinq segments permet au praticien utilisant les techniques les plus récentes d’ICG d’identifier un grand nombre d’anomalies corrélées à divers états pathologiques. Les cinq segments sont.
La contraction atriale ou onde P télédiastolique impédancemétrique La contraction atriale ou onde P télédiastolique impédancemétrique, normalement plate car le flux de remplissage est lent vu la souplesse habituelle du ventricule gauche (VG). Cependant, en cas de rigidité post-hypertensive, se crée une onde P qui démarre de fac ¸on synchrone à la fin de l’onde P électrique, occupe tout le segment PR pour se « jeter » dans la partie initiale de l’onde S systolique. La hauteur de cette jonction exprimée en pourcentage est directement corrélée à l’amplitude de Aa’ sur le Doppler tissulaire de l’anneau mitral latéral et est synonyme d’anomalie de la relaxation qu’il convient absolument de faire régresser pour éviter à terme l’insuffisance cardiaque diastolique.
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La phase de contraction isovolumétrique
ventriculaire a lieu immédiatement après la fermeture des cuspides aortique ; il altère la courbe dZ/dt.
La phase de contraction isovolumétrique est normalement plate car aucun flux sanguin ne se déplace hors du cœur ou ne change de cavité ; cependant, en cas de régurgitation mitrale ou aortique, une modification apparaît signant une fuite hémodynamiquement significative. Une communication interventriculaire (CIV) ou un syndrome de Wolff-Parkinson-White (WPW) provoqueraient le même phénomène car ils induisent des flux survenant avant l’éjection systolique proprement dite.
L’éjection ventriculaire L’éjection ventriculaire, représentée sur dZ/dt par l’onde S, est normalement lisse, formant un dôme à montée d’autant plus rapide que l’ondée systolique est vigoureuse. Sur cette courbe dZ/dt, trois parties sont individualisées, d’abord la montée (T1) qui est la partie positive de l’accélération du flux de sortie, se terminant par dZ/dtmax , puis la partie descendante (T2) à accélération décroissante aboutissant au Nadir, puis une troisième partie ascendante qui survient exactement à l’inflexion de la courbe invasive de pression aortique permettant ainsi à la partie terminale de l’éjection de se repositiver en raison de la faible pression télésystolique que le ventricule doit surmonter à ce moment précis. Le rapport T1/T2 permet, au repos et sur une seule courbe cumulative de plusieurs battements cardiaques, de faire le diagnostic anticipé de syncope, et potentiellement de remplacer le test d’inclinaison classique (étude en cours de publication). Si cette courbe n’est pas lisse, de faible amplitude (réduction de dZ/dtmax , encore appelé indice de contractilité [ICT]) et de surcroît retardé, le diagnostic d’insuffisance cardiaque congestive est certain. Un parallèle peut être fait avec l’échographie. En cas de contraction inhomogène, le cumul de toutes les courbes de strain rate échographiques est elle-aussi incisée et réduite en intensité. Si une onde S visuellement unique et homogène représente la somme des deux éjections ventriculaires synchrones physiologiquement, celle-ci peut se dédoubler en un double pic S1—S2, en forme de M. Clairement, S1 est le reflet du ventricule droit (VD) et S2 celui du VG. Ce délai de phase, appelé asynchronie, est provoqué soit par un retard d’origine électrique ou par une contraction inhomogène et dès lors retardée du VG par rapport au VD ; notons qu’il faut bien une ouverture retardée des cuspides aortiques pour parler d’asynchronie et qu’une simple inhomogénéité de contraction n’est pas une véritable asynchronie avec délai de phase. Ce phénomène peut apparaître même en cas de complexes électriques fins et disparaît sous une association médicamenteuse spécifique ou par stimulation cardiaque biventriculaire dans les cas les plus sévères.
La période de relaxation isovolumétrique La période de relaxation isovolumétrique entre la fermeture des cuspides des gros troncs et l’ouverture des valves auriculoventriculaires est normalement plate car aucun mouvement liquidien ne survient à cette période sauf en cas d’insuffisance aortique. Dans ce cas, un remplissage
Le remplissage protodiastolique Le remplissage protodiastolique, représenté par le point E sur le Doppler transmitral et Ee’ sur le TDI annulaire postérieur, est dû à la montée abrupte de l’anneau mitral qui « happe » passivement une partie du volume intraauriculaire (le toit de l’oreillette ainsi que l’apex du VG sont fixés, le déplacement des appareils valvulaires assure le remplissage précoce des ventricules). L’onde O en est la représentation sur dZ/dt. Elle débute avec l’ouverture des valves auriculoventriculaires qui correspond à une inversion du sens des flux cardiaques. La hauteur de son acmé est calculée en pourcentage par rapport à la hauteur de l’onde S (systolique) correspondante. Il est à noter que ce rapport O/S de remplissage protodiastolique est corrélé à la pression capillaire pulmonaire dans les cas ou celle-ci représente bien le remplissage cardiaque. Ce paramètre capital permet l’approximation de l’hypertension pulmonaire post-capillaire et est un marqueur majeur de l’insuffisance cardiaque congestive. Lors de la manœuvre de jambes surélevées (lever de jambes passif), cette pression s’accroît de fac ¸on notable témoignant ainsi d’un trouble de la précharge du VG et contre-indique le remplissage vasculaire ou les bêtabloquants. En position verticale, l’onde O chute nettement ; il s’agit d’une diminution de la post-charge (cela explique bien la position semi assise particulière des patients souffrant d’œdème aigu du poumon). Par ailleurs, les diurétiques, la trinitrine, la prasozine et le nébivolol diminuent l’onde O, alors que les bêtabloquants l’augmentent, expliquant ainsi la dyspnée asthmatiforme qui accompagne fréquemment cette prescription. Pour ces cinq parties, une étude hémodynamique ou échocardiographique est disponible qui permet de comprendre les relations entre les courbes et la pathologie sous-jacente. La courbe impédancemétrique, aussi simple à mesurer que l’ECG, mais offrant une vision mécanique, et est un complément très utile pour le diagnostic et la détection précoce d’anomalies cardiaques (Fig. 1).
Les mesures hémodynamiques par cardiographie d’impédance de nouvelle génération En premier lieu, il convient d’insister sur l’origine et la nature des paramètres que ces systèmes de type ICG calculent. Si on se réfère au chapitre précédent, la description des courbes impédancemétriques et leur genèse ne peuvent être que fondées sur les mouvements liquidiens intracardiaques et non sur ce qui se passe dans l’aorte. Cette assertion ancienne relative à l’origine aortique du signal n’est pas compatible avec les nouvelles connaissances sur l’impédancemétrie cardiaque. Ensuite, vouloir calculer le volume éjecté systolique (VES) en incluant la valeur absolue d’impédance thoracique (Z0) dans la formule, si justifiable au plan purement théorique, a pendant longtemps transformé en pratique la méthode impédancemétrique en
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Figure 1. La figure 1 présente un signal dz/dt normal (en noir) et les anomalies les plus caractéristiques (en gris) : élévation de l’onde P, de l’onde O et double pic systolique S.
générateur de valeurs hélas trop souvent aléatoires. De plus, vouloir calculer le VES sur la simple vue d’une aire sous la courbe sans se conformer aux lois de la dynamique des fluides, c’est-à-dire sans inclure la notion de pression artérielle dans la formule, n’est plus défendable aujourd’hui. Beaucoup de temps a été nécessaire pour surmonter ces difficultés et le nombre d’études réalisées en vue d’élaborer une formule validée fut conséquent. Les corrélations avec d’autres techniques de mesure ne seront jamais parfaites au vu des biais inhérents à chacune des méthodes de référence. Quelques exemples pour illustrer ces biais : le « Fick direct » n’est pas validé en cas d’atteinte pulmonaire [12]. La thermodilution est faussée, par exemple, par l’existence d’une fuite tricuspidienne [13]. L’échographie est victime d’un trop important manque de reproductibilité interopérateur et d’une excessive sensibilité aux conditions de mesures (arythmies par exemple), étant donné que les mesures ne se font que sur un faible nombre de battements. Cependant, les études récentes sur l’ICG de nouvelle génération ont montré une corrélation acceptable avec les techniques usuelles malgré leur imprécision intrinsèque, et une sensibilité et reproductibilité supérieures. Le paramètre clé de l’ICG est le VES ou stroke volume pour les Anglo-Saxons. Les dispositifs ICG classiques ont recours à la valeur absolue d’impédance thoracique combinée à l’évaluation
J. Bour du volume spatial du thorax afin d’établir le volume liquidien thoracique. Ce volume liquidien thoracique sert ensuite de référence pour analyser la composante pulsatile du signal dZ (considérée comme la fraction en mouvement, et donc circulante, de ce volume liquidien thoracique) [14]. Cette approche que nous qualifions de volumétrique est à l’origine des limitations de l’impédancemétrie classique. Tout d’abord, les modèles cylindriques ou tronconiques d’évaluation du volume spatial du thorax sont des approximations problématiques. Cependant, l’imprécision du Zo (dépendant de la position des électrodes, de l’impédance de contact avec la peau, de l’épaisseur de la peau, des œdèmes, de la transpiration et des artéfacts de mouvements par exemple) est une source d’inexactitude bien plus grande encore. L’ICG de nouvelle génération offre une approche radicalement différente de traitement des signaux d’impédance thoracique. Elle se focalise sur l’analyse morphologique de la seule composante pulsatile du signal pour extraire des informations permettant de calculer la compliance cardiaque. En effet, il est connu et publié que le VES est intimement lié à la compliance cardiaque et à la pression pulsée (différence entre la pression artérielle systolique et diastolique) [15]. La connaissance de la compliance (par ICG) et de la pression pulsée (mesure par une technique de pression artérielle classique, invasive ou non) permet donc de calculer le VES. Par la suite, le débit cardiaque (Qc) est le produit VES fois fréquence cardiaque (Nc) en litres par minute. L’ICG de nouvelle génération permet également des évaluations de paramètres très intéressants comme la contractilité, la précharge ventriculaire (remplissage) et la post-charge (résistances vasculaires systémiques) qui permettent une compréhension fine de la circulation systémique. Une estimation de la fraction d’éjection, du volume télédiastolique, du temps d’éjection ventriculaire et du travail ventriculaire gauche sont également proposés. Rappelons qu’il n’existe qu’une courbe dZ pour deux ventricules, mais également que le débit dans l’aorte est égal à celui dans l’artère pulmonaire. En présence de pathologie valvulaire, les débits ventriculaires proprement dits ne sont jamais égaux à cause des fuites variables à contre-courant.
Innovations dans la présentation et l’analyse des mesures Des données chiffrées « brutes » obligeraient les praticiens à se livrer à une représentation personnelle de l’état hémodynamique des patients, probablement très disparate, ce qui pourrait obérer l’intérêt pratique de leurs mesures ICG. Aussi, est-il plus aisé que l’outil lui-même (son logiciel) propose une vision globale de cet état, parlante pour les médecins et aussi pour les patients. Un exemple éminent de ces visualisations est de la croix hémodynamique. Simple, elle permet de situer sur le champ l’état hémodynamique du sujet. En effet, ce diagramme bidimensionnel présente en abscisse les résistances vasculaires systémiques (RVSi) et en ordonnée le travail cardiaque gauche (WCi), tous deux normalisés en fonction de la surface corporelle afin que le même diagramme s’applique à
Nouvelles approches en cardiographie d’impédance
Figure 2.
On notera sur cet exemple les abréviations anglaises (SVRi pour les résistances et LCWi pour le travail).
tous les patients, quelles que soient leurs caractéristiques morphologiques (Fig. 2). Le centre de la croix représente la « cible hémodynamique » (équilibre de repos hémodynamique idéal pour les sujets de plus de dix ans et de moins de 85 ans). Le point du milieu correspond à des résistances = 2150 dyn/sec/cm5 /m2 et au travail = 4,0 kg/m par mètre carré. L’intérieur de la zone verte (premier rectangle central) est la zone optimale où devraient se trouver les patients non pathologiques. Les deuxième et troisième rectangles, distants de deux et trois écarts-types par rapport au centre, délimitent les zones pathologiques et très pathologiques. Selon la localisation des mesures, on pourra affiner le diagnostic de manière très efficace (Fig. 3).
Figure 3.
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L’intérêt clinique est immédiat. Prenons l’exemple de l’hypertension artérielle ; deux patients présentant la même fréquence cardiaque et la même pression artérielle pourront en réalité se situer dans deux zones différentes (hypertension de type plutôt vasculaire ou plutôt neurotonique). Les choix médicamenteux ne sont dès lors pas les mêmes et l’aléa thérapeutique n’est plus de mise, le prescripteur étant tenu d’appliquer les ressources pharmacologiques adaptées au cas précis. Loin des recommandations basées sur des pourcentages d’amélioration de certaines cohortes de patients, il lui sera désormais demandé de concevoir un traitement individuel et d’en contrôler les résultats. Comment ? En appliquant un seul principe, toujours le même d’ailleurs en médecine, celui de la normalisation des constantes biologiques aussi rapidement que possible et au
Exemples de pathologies et de leur impact sur la croix hémodynamique des patients.
210 plus près de ce qui est pour lui la norme de son patient. L’ICG de nouvelle génération introduit la notion essentielle de l’équilibre hémodynamique systémique global et non simplement tensionnel. Il est désormais essentiel, quand on parle de cardiologie, d’en introduire le paramètre central ; le débit cardiaque. Ainsi, tant de questions d’étiologie de certaines situations critiques trouveraient une solution claire.
Conclusion L’ICG de nouvelle génération apporte une plus value très significative, non seulement par rapport aux dispositifs classiques d’impédancemétrie, mais également par rapport aux autres moniteurs de débit cardiaque, vulnérants ou non. Facilement applicable en clinique à un coût d’utilisation très raisonnable, elle apporte la précision dans les mesures, la puissance dans l’aide à l’analyse, et la détection fine et sans doute précoce de troubles de la circulation ayant potentiellement des répercussions majeures à long terme pour le patient et pour les finances publiques.
Conflit d’intérêt Aucun.
Références [1] Pinsky. Why measure cardiac output? Crit Care 2003;7:114—6. [2] Charloux, et al. A new impedance cardiograph device for the noninvasive evaluation of cardiac output at rest and during exercise: comparison with the ‘‘direct’’ Fick method. Eur J Appl Physiol 2000;2(4):313—20.
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MOTS CLÉS Impédancemétrie transthoracique ; Hémodynamique ; Volume d’éjection systolique ; Débit cardiaque
KEYWORDS Transthoracic impedance; Impedance cardiography; Hemodynamic; Stroke volume; Cardiac output
Résumé L’intérêt de la mesure du débit cardiaque en cardiologie n’est plus à démontrer. Cependant, les systèmes usuels de mesure de débit cardiaque, invasifs ou non, ont atteint leurs limites. Une nouvelle génération d’impédancemètres cardiaque, PhysioFlowTM , s’est développée en proposant une amélioration majeure : l’analyse purement morphologique du signal d’impédance cardiaque qui s’affranchit des aléas de mesures des impédancemètres classiques utilisant la valeur absolue de l’impédance thoracique (piètre reproductibilité interopérateur, difficultés chez les obèses, en cas d’œdèmes pulmonaires, artéfacts de mouvements [pas d’épreuves d’effort], etc. . .). Utilisant de nouvelles techniques de filtrage et d’analyse des signaux, la précision de ces nouvelles techniques est comparable aux techniques invasives. Sa reproductibilité et sa sensibilité clinique sont excellentes. L’analyse des courbes impédencemétriques et l’utilisation d’outils tels que la croix hémodynamique permettent d’identifier un grand nombre d’anomalies, de diagnostiquer les pathologiques sous-jacentes, de préconiser le traitement adapté et d’en évaluer l’efficacité. © 2010 Publi´ e par Elsevier Masson SAS.
Summary The relevance of measuring cardiac output in cardiology is obvious. However the commonly used systems for cardiac output measurement, invasive or not, are outdated. A new generation of impedance cardiograph (ICG), PhysioFlowTM , has been developped around a major improvement: the morphological analysis of the impedance signal. This method avoids the limitations of standard ICG using the impedance baseline. These limitations included: operator skill dependency, no obesity, no emphysema and only for immobile patients or very moderate exercise. Using a new high tech filtering technology and pure signal morphology analysis, those new technologies features an accuracy that is now comparable to invasive techniques even in
Adresse e-mail : [email protected] 1875-7170/$ — see front matter © 2010 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. doi:10.1016/j.mlong.2010.10.002
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J. Bour demanding measurement conditions. Furthermore, its clinical reproducibility and sensitivity are unsurpassed. The analysis of the impedance wave-form and the use of software tools like the hemodynamic cross help practitioners to identify anomalies, to diagnose more pathology earlier, to optimize treatments and to evaluate their efficacy. © 2010 Published by Elsevier Masson SAS.
Introduction La cardiographie d’impédance (ICG) est une technique très ancienne et relativement connue mais qui n’a pas bénéficié d’une diffusion large dans la pratique médicale en raison de ses limites (pas de patients en surcharge pondérale, souffrant d’œdèmes pulmonaires ou d’emphysèmes, pas d’épreuves d’effort et médiocre reproductibilité interopérateur pour n’en citer que quelques unes. . .). De nouvelles techniques de filtrage et d’analyse des signaux sont récemment apparues, qui permettent d’apprécier l’ICG sous un jour nouveau. En plus de leur facilité de mise en œuvre, de leur faible coût d’utilisation et des avantages de leur nature non vulnérante, qui sont connus depuis toujours, il semble désormais que certains appareils de dernière génération offrent les trois qualités requises pour une application clinique généralisée : • la précision acceptable par comparaison avec les techniques de référence vulnérantes (qui sont cependant très loin d’être des gold standards contrairement à une opinion répandue), y compris dans les cas difficiles (réanimation lourde, épreuves d’effort. . .) [1—5] ; • l’excellente reproductibilité, désormais non opérateur dépendante. Elle est à présent meilleure que celle offerte par les techniques vulnérantes comme la thermodilution [6—7] ; • la grande sensibilité, également supérieure à celle des autres méthodes, permettant de détecter des variations hémodynamiques fines (très utile pour optimiser les réglages d’un stimulateur cardiaque par exemple ou pour améliorer la sensibilité d’une épreuve d’effort à visée coronarienne) [8—10].
En outre, ces systèmes innovants offrent une nouvelle dimension à la pratique médicale : la stabilité et la finesse des signaux obtenus permettent désormais leur analyse qualitative [11]. De la même fac ¸on que les anomalies du tracé ECG ont une valeur diagnostique bien connue, les anomalies des signaux ICG sont susceptibles de guider le praticien dans la recherche de pathologies ayant des répercussions sur la mécanique cardiaque. Nous évaluerons tout d’abord ces nouvelles approches qualitatives, pour ensuite nous attacher à décrire les évolutions de l’ICG dans sa dimension d’outil de mesures hémodynamiques et enfin présenter de nouvelles méthodes d’analyses des paramètres mesurés.
Analyse qualitative des signaux de cardiographie d’impédance Parmi les techniques permettant de représenter et de mesurer les mouvements liquidiens intracardiaques instantanés, le Doppler est la plus connue et offre une image d’origine ultrasonore de ces flux. Une autre technique est pour l’instant moins fréquemment utilisée en routine mais tout aussi utile et efficace : il s’agit de l’impédancemétrie transthoracique ou cardiographie d’impédance (ICG), qui est la représentation électrique des flux intracardiaques. Si l’ECG enregistre de fac ¸on passive le vecteur d’activité électrique du cœur, il convient pour l’ICG « d’injecter » un courant (signal électrique sinusoïdal) de 2,7 milliampères RMS sous 75 KH afin d’obtenir en réponse une courbe appelée dZ (modulation d’impédance cardiaque). dZ est considérée comme la variation du volume sanguin dans les quatre cavités cardiaques. Pour ce faire, six électrodes sont appliquées sur le thorax ; deux pour la synchronisation électrique (découpage des cycles cardiaques au moyen d’une dérivation de type ECG), deux électrodes externes « réceptrices » (l’une à la base du cou, la seconde sur l’appendice xiphoïde) et deux émettrices à l’extérieur mais jouxtant les deux précédentes. En dérivant le signal dZ mathématiquement par rapport au temps, on obtient une courbe dZ/dt qui représente l’accélération des flux. L’intensité des ondulations de cette courbe dZ/dt est fonction du rapport mouvement de masse sanguine sur le temps de variation. Ainsi, naissent cinq segments de courbe qui se superposent chronologiquement aux cinq parties de l’ECG, par ailleurs facilement repérables à l’échocardiographie. L’analyse de ces cinq segments permet au praticien utilisant les techniques les plus récentes d’ICG d’identifier un grand nombre d’anomalies corrélées à divers états pathologiques. Les cinq segments sont.
La contraction atriale ou onde P télédiastolique impédancemétrique La contraction atriale ou onde P télédiastolique impédancemétrique, normalement plate car le flux de remplissage est lent vu la souplesse habituelle du ventricule gauche (VG). Cependant, en cas de rigidité post-hypertensive, se crée une onde P qui démarre de fac ¸on synchrone à la fin de l’onde P électrique, occupe tout le segment PR pour se « jeter » dans la partie initiale de l’onde S systolique. La hauteur de cette jonction exprimée en pourcentage est directement corrélée à l’amplitude de Aa’ sur le Doppler tissulaire de l’anneau mitral latéral et est synonyme d’anomalie de la relaxation qu’il convient absolument de faire régresser pour éviter à terme l’insuffisance cardiaque diastolique.
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La phase de contraction isovolumétrique
ventriculaire a lieu immédiatement après la fermeture des cuspides aortique ; il altère la courbe dZ/dt.
La phase de contraction isovolumétrique est normalement plate car aucun flux sanguin ne se déplace hors du cœur ou ne change de cavité ; cependant, en cas de régurgitation mitrale ou aortique, une modification apparaît signant une fuite hémodynamiquement significative. Une communication interventriculaire (CIV) ou un syndrome de Wolff-Parkinson-White (WPW) provoqueraient le même phénomène car ils induisent des flux survenant avant l’éjection systolique proprement dite.
L’éjection ventriculaire L’éjection ventriculaire, représentée sur dZ/dt par l’onde S, est normalement lisse, formant un dôme à montée d’autant plus rapide que l’ondée systolique est vigoureuse. Sur cette courbe dZ/dt, trois parties sont individualisées, d’abord la montée (T1) qui est la partie positive de l’accélération du flux de sortie, se terminant par dZ/dtmax , puis la partie descendante (T2) à accélération décroissante aboutissant au Nadir, puis une troisième partie ascendante qui survient exactement à l’inflexion de la courbe invasive de pression aortique permettant ainsi à la partie terminale de l’éjection de se repositiver en raison de la faible pression télésystolique que le ventricule doit surmonter à ce moment précis. Le rapport T1/T2 permet, au repos et sur une seule courbe cumulative de plusieurs battements cardiaques, de faire le diagnostic anticipé de syncope, et potentiellement de remplacer le test d’inclinaison classique (étude en cours de publication). Si cette courbe n’est pas lisse, de faible amplitude (réduction de dZ/dtmax , encore appelé indice de contractilité [ICT]) et de surcroît retardé, le diagnostic d’insuffisance cardiaque congestive est certain. Un parallèle peut être fait avec l’échographie. En cas de contraction inhomogène, le cumul de toutes les courbes de strain rate échographiques est elle-aussi incisée et réduite en intensité. Si une onde S visuellement unique et homogène représente la somme des deux éjections ventriculaires synchrones physiologiquement, celle-ci peut se dédoubler en un double pic S1—S2, en forme de M. Clairement, S1 est le reflet du ventricule droit (VD) et S2 celui du VG. Ce délai de phase, appelé asynchronie, est provoqué soit par un retard d’origine électrique ou par une contraction inhomogène et dès lors retardée du VG par rapport au VD ; notons qu’il faut bien une ouverture retardée des cuspides aortiques pour parler d’asynchronie et qu’une simple inhomogénéité de contraction n’est pas une véritable asynchronie avec délai de phase. Ce phénomène peut apparaître même en cas de complexes électriques fins et disparaît sous une association médicamenteuse spécifique ou par stimulation cardiaque biventriculaire dans les cas les plus sévères.
La période de relaxation isovolumétrique La période de relaxation isovolumétrique entre la fermeture des cuspides des gros troncs et l’ouverture des valves auriculoventriculaires est normalement plate car aucun mouvement liquidien ne survient à cette période sauf en cas d’insuffisance aortique. Dans ce cas, un remplissage
Le remplissage protodiastolique Le remplissage protodiastolique, représenté par le point E sur le Doppler transmitral et Ee’ sur le TDI annulaire postérieur, est dû à la montée abrupte de l’anneau mitral qui « happe » passivement une partie du volume intraauriculaire (le toit de l’oreillette ainsi que l’apex du VG sont fixés, le déplacement des appareils valvulaires assure le remplissage précoce des ventricules). L’onde O en est la représentation sur dZ/dt. Elle débute avec l’ouverture des valves auriculoventriculaires qui correspond à une inversion du sens des flux cardiaques. La hauteur de son acmé est calculée en pourcentage par rapport à la hauteur de l’onde S (systolique) correspondante. Il est à noter que ce rapport O/S de remplissage protodiastolique est corrélé à la pression capillaire pulmonaire dans les cas ou celle-ci représente bien le remplissage cardiaque. Ce paramètre capital permet l’approximation de l’hypertension pulmonaire post-capillaire et est un marqueur majeur de l’insuffisance cardiaque congestive. Lors de la manœuvre de jambes surélevées (lever de jambes passif), cette pression s’accroît de fac ¸on notable témoignant ainsi d’un trouble de la précharge du VG et contre-indique le remplissage vasculaire ou les bêtabloquants. En position verticale, l’onde O chute nettement ; il s’agit d’une diminution de la post-charge (cela explique bien la position semi assise particulière des patients souffrant d’œdème aigu du poumon). Par ailleurs, les diurétiques, la trinitrine, la prasozine et le nébivolol diminuent l’onde O, alors que les bêtabloquants l’augmentent, expliquant ainsi la dyspnée asthmatiforme qui accompagne fréquemment cette prescription. Pour ces cinq parties, une étude hémodynamique ou échocardiographique est disponible qui permet de comprendre les relations entre les courbes et la pathologie sous-jacente. La courbe impédancemétrique, aussi simple à mesurer que l’ECG, mais offrant une vision mécanique, et est un complément très utile pour le diagnostic et la détection précoce d’anomalies cardiaques (Fig. 1).
Les mesures hémodynamiques par cardiographie d’impédance de nouvelle génération En premier lieu, il convient d’insister sur l’origine et la nature des paramètres que ces systèmes de type ICG calculent. Si on se réfère au chapitre précédent, la description des courbes impédancemétriques et leur genèse ne peuvent être que fondées sur les mouvements liquidiens intracardiaques et non sur ce qui se passe dans l’aorte. Cette assertion ancienne relative à l’origine aortique du signal n’est pas compatible avec les nouvelles connaissances sur l’impédancemétrie cardiaque. Ensuite, vouloir calculer le volume éjecté systolique (VES) en incluant la valeur absolue d’impédance thoracique (Z0) dans la formule, si justifiable au plan purement théorique, a pendant longtemps transformé en pratique la méthode impédancemétrique en
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Figure 1. La figure 1 présente un signal dz/dt normal (en noir) et les anomalies les plus caractéristiques (en gris) : élévation de l’onde P, de l’onde O et double pic systolique S.
générateur de valeurs hélas trop souvent aléatoires. De plus, vouloir calculer le VES sur la simple vue d’une aire sous la courbe sans se conformer aux lois de la dynamique des fluides, c’est-à-dire sans inclure la notion de pression artérielle dans la formule, n’est plus défendable aujourd’hui. Beaucoup de temps a été nécessaire pour surmonter ces difficultés et le nombre d’études réalisées en vue d’élaborer une formule validée fut conséquent. Les corrélations avec d’autres techniques de mesure ne seront jamais parfaites au vu des biais inhérents à chacune des méthodes de référence. Quelques exemples pour illustrer ces biais : le « Fick direct » n’est pas validé en cas d’atteinte pulmonaire [12]. La thermodilution est faussée, par exemple, par l’existence d’une fuite tricuspidienne [13]. L’échographie est victime d’un trop important manque de reproductibilité interopérateur et d’une excessive sensibilité aux conditions de mesures (arythmies par exemple), étant donné que les mesures ne se font que sur un faible nombre de battements. Cependant, les études récentes sur l’ICG de nouvelle génération ont montré une corrélation acceptable avec les techniques usuelles malgré leur imprécision intrinsèque, et une sensibilité et reproductibilité supérieures. Le paramètre clé de l’ICG est le VES ou stroke volume pour les Anglo-Saxons. Les dispositifs ICG classiques ont recours à la valeur absolue d’impédance thoracique combinée à l’évaluation
J. Bour du volume spatial du thorax afin d’établir le volume liquidien thoracique. Ce volume liquidien thoracique sert ensuite de référence pour analyser la composante pulsatile du signal dZ (considérée comme la fraction en mouvement, et donc circulante, de ce volume liquidien thoracique) [14]. Cette approche que nous qualifions de volumétrique est à l’origine des limitations de l’impédancemétrie classique. Tout d’abord, les modèles cylindriques ou tronconiques d’évaluation du volume spatial du thorax sont des approximations problématiques. Cependant, l’imprécision du Zo (dépendant de la position des électrodes, de l’impédance de contact avec la peau, de l’épaisseur de la peau, des œdèmes, de la transpiration et des artéfacts de mouvements par exemple) est une source d’inexactitude bien plus grande encore. L’ICG de nouvelle génération offre une approche radicalement différente de traitement des signaux d’impédance thoracique. Elle se focalise sur l’analyse morphologique de la seule composante pulsatile du signal pour extraire des informations permettant de calculer la compliance cardiaque. En effet, il est connu et publié que le VES est intimement lié à la compliance cardiaque et à la pression pulsée (différence entre la pression artérielle systolique et diastolique) [15]. La connaissance de la compliance (par ICG) et de la pression pulsée (mesure par une technique de pression artérielle classique, invasive ou non) permet donc de calculer le VES. Par la suite, le débit cardiaque (Qc) est le produit VES fois fréquence cardiaque (Nc) en litres par minute. L’ICG de nouvelle génération permet également des évaluations de paramètres très intéressants comme la contractilité, la précharge ventriculaire (remplissage) et la post-charge (résistances vasculaires systémiques) qui permettent une compréhension fine de la circulation systémique. Une estimation de la fraction d’éjection, du volume télédiastolique, du temps d’éjection ventriculaire et du travail ventriculaire gauche sont également proposés. Rappelons qu’il n’existe qu’une courbe dZ pour deux ventricules, mais également que le débit dans l’aorte est égal à celui dans l’artère pulmonaire. En présence de pathologie valvulaire, les débits ventriculaires proprement dits ne sont jamais égaux à cause des fuites variables à contre-courant.
Innovations dans la présentation et l’analyse des mesures Des données chiffrées « brutes » obligeraient les praticiens à se livrer à une représentation personnelle de l’état hémodynamique des patients, probablement très disparate, ce qui pourrait obérer l’intérêt pratique de leurs mesures ICG. Aussi, est-il plus aisé que l’outil lui-même (son logiciel) propose une vision globale de cet état, parlante pour les médecins et aussi pour les patients. Un exemple éminent de ces visualisations est de la croix hémodynamique. Simple, elle permet de situer sur le champ l’état hémodynamique du sujet. En effet, ce diagramme bidimensionnel présente en abscisse les résistances vasculaires systémiques (RVSi) et en ordonnée le travail cardiaque gauche (WCi), tous deux normalisés en fonction de la surface corporelle afin que le même diagramme s’applique à
Nouvelles approches en cardiographie d’impédance
Figure 2.
On notera sur cet exemple les abréviations anglaises (SVRi pour les résistances et LCWi pour le travail).
tous les patients, quelles que soient leurs caractéristiques morphologiques (Fig. 2). Le centre de la croix représente la « cible hémodynamique » (équilibre de repos hémodynamique idéal pour les sujets de plus de dix ans et de moins de 85 ans). Le point du milieu correspond à des résistances = 2150 dyn/sec/cm5 /m2 et au travail = 4,0 kg/m par mètre carré. L’intérieur de la zone verte (premier rectangle central) est la zone optimale où devraient se trouver les patients non pathologiques. Les deuxième et troisième rectangles, distants de deux et trois écarts-types par rapport au centre, délimitent les zones pathologiques et très pathologiques. Selon la localisation des mesures, on pourra affiner le diagnostic de manière très efficace (Fig. 3).
Figure 3.
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L’intérêt clinique est immédiat. Prenons l’exemple de l’hypertension artérielle ; deux patients présentant la même fréquence cardiaque et la même pression artérielle pourront en réalité se situer dans deux zones différentes (hypertension de type plutôt vasculaire ou plutôt neurotonique). Les choix médicamenteux ne sont dès lors pas les mêmes et l’aléa thérapeutique n’est plus de mise, le prescripteur étant tenu d’appliquer les ressources pharmacologiques adaptées au cas précis. Loin des recommandations basées sur des pourcentages d’amélioration de certaines cohortes de patients, il lui sera désormais demandé de concevoir un traitement individuel et d’en contrôler les résultats. Comment ? En appliquant un seul principe, toujours le même d’ailleurs en médecine, celui de la normalisation des constantes biologiques aussi rapidement que possible et au
Exemples de pathologies et de leur impact sur la croix hémodynamique des patients.
210 plus près de ce qui est pour lui la norme de son patient. L’ICG de nouvelle génération introduit la notion essentielle de l’équilibre hémodynamique systémique global et non simplement tensionnel. Il est désormais essentiel, quand on parle de cardiologie, d’en introduire le paramètre central ; le débit cardiaque. Ainsi, tant de questions d’étiologie de certaines situations critiques trouveraient une solution claire.
Conclusion L’ICG de nouvelle génération apporte une plus value très significative, non seulement par rapport aux dispositifs classiques d’impédancemétrie, mais également par rapport aux autres moniteurs de débit cardiaque, vulnérants ou non. Facilement applicable en clinique à un coût d’utilisation très raisonnable, elle apporte la précision dans les mesures, la puissance dans l’aide à l’analyse, et la détection fine et sans doute précoce de troubles de la circulation ayant potentiellement des répercussions majeures à long terme pour le patient et pour les finances publiques.
Conflit d’intérêt Aucun.
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