Cardiogramme
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Evaluation et monitorage de la fonction systolique ventriculaire gauche

La performance cardiaque est déterminée par six facteurs interdépendants: la contractilité, la relaxation, la précharge, la postcharge, la fréquence et l’apport d’oxygène coronarien. Leur gestion intégrée permet à l’organisme d’assurer une perfusion tissulaire adaptée aux besoins dans un vaste ensemble de situations différentes. La contractilité, qui est la capacité inhérente du myocarde à se contracter indépendamment des conditions de charge, est définie comme la force de raccourcissement d’une fibre isolée par unité de temps. Aucune des mesures habituelles de la fonction systolique ne permet d’apprécier cette contractilité myocardique de manière indépendante, car les mesures cliniques ne sont jamais univoques, mais expriment la résultante d’interactions dynamiques gérées en interdépendance. Le propos de ce chapitre sera donc d’examiner quels sont les moyens de se rapprocher au plus près d’une quantification de la contractilité avec les techniques utilisées en clinique.

En salle d’opération ou en soins intensifs, on surveille des malades placés dans des conditions particulières.

  • L’anesthésie diminue le tonus sympathique central, la précharge, la postcharge, la fonction ventriculaire et le traffic neuro-végétatif venant des barorécepteurs ;
  • La ventilation en pression positive, avec ou sans PEEP, change le régime des pressions intrathoraciques ;
  • La pathologie des patients remodèle l’équilibre entre ces différents facteurs et diminue la réserve fonctionnelle hémodynamique.

On peut classer les mesures de la fonction systolique en quatre catégories :

  • Les indices éjectionnnels, qui sont dépendants des conditions de charge ; ce sont, par exemple, la fraction d’éjection (FE), la vélocité du flux systolique ou le dP/dt de la courbe artérielle ;
  • Les indices de la phase de contraction isovolumétrique, qui sont indépendants de la postcharge, comme le dP/dt de l’insuffisance mitrale ou les intervalles de temps systoliques ;
  • Les indices de travail, qui incorporent la postcharge, ou les indices de puissance, qui incorporent le temps d’éjection ;
  • Les indices incorporant des mesures de précharge (dimensions ventriculaires) et de postcharge (pression artérielle), donc peu dépendants de ces deux conditions ; on peut citer le stress de paroi (s), l’élastance maximale (Emax) ou la puissance éjectionnelle maximale (PWR).

L’indice idéal pour l’usage clinique devrait être indépendant de la précharge, de la postcharge, de la fréquence et de la géométrie du ventricule ; il doit être simple et robuste, et facile à utiliser en temps réel.

Le débit cardiaque n’est pas une mesure de la fonction contractile du myocarde ; il évalue la résultante de l’interaction entre les six facteurs qui déterminent la performance éjectionnelle, et vise une adéquation avec les besoins métaboliques de l’organisme. C’est la raison pour laquelle la valeur prédictive de la thermodilution (Swan-Ganz) pour la dysfonction ventriculaire gauche est inférieure à 30% [12,76]. L’adéquation du débit cardiaque peut se juger par le débit urinaire (> 0.5 mL/kg/heure), l’équilibre acido-basique (excès de base, pH, lactacidémie), les échanges gazeux (PaCO2, PetCO2), la saturation veineuse centrale en O2 (SvO2), le rapport DO2/VO2, la tonomètrie gastrique (pHi) ou la saturation cérébrale en O2 (ScO2).

L’échocardiographie est certainement la technique de choix pour apprécier la contractilité parce qu’elle offre la vision directe des cavitées cardiaques (Figure 6.51) et toute une série de mesures précises de la fonction systolique. Mais c’est en combinant des données géométriques (surface, volume) avec des données hémodynamiques (pression, flux) que l’on obtient le plus de renseignements sur la fonction contractile du myocarde. En introduisant la notion de temps comme la durée d’éjection, on peut calculer la puissance du ventricule, qui est équivalent au rapport travail / temps (gm · cm / s), ou au produit pression · débit (gm/cm2 · cm3/s).


Indices éjectionnels

Les indices éjectionnels sont les plus couramment utilisés en clinique car ils sont souvent simples, mais ils sont entièrement dépendants des conditions de charge car ils expriment le couplage ventriculo-artériel.

  • La relation force – longueur du ventricule détermine sa position sur la courbe de Frank-Starling : l’augmentation de précharge (VtdVG) améliore la performance systolique jusqu’au plateau. La pente de la courbe est fonction de la contractilité : elle est plus plate lors d’insuffisance systolique (voir Figure 6.45).
  • La postcharge est définie comme la tension de paroi ventriculaire maximale en cours de systole (stress s, en dynes/cm2). La fraction d’éjection du myocarde et sa vélocité de contraction sont inversément proportionnels à la postcharge ; ceci est d’autant plus marqué que sa performance systolique est abaissée. La tension de paroi est directement proportionnelle à la pression et au diamètre du VG, et inversément proportionelle à son épaisseur ; elle est exprimée par la loi de Laplace (s = (P · r) / 2h). Pour produire le même travail, un ventricule dilaté (r élevé et h diminué) a un stress de paroi plus important, donc consomme davantage d’énergie et d’oxygène.

Ces phénomènes disqualifient les indices éjectionnels comme mesure de la contractilité, mais leur conservent toute leur valeur clinique comme évaluation de la performance du ventricule intégrée au retour veineux et au couplage artériel. L’évaluation visuelle à l’échocardiographie permet une bonne appréciation de la contraction ventriculaire, mais elle dépend de l’expérience de l’opérateur ;  ; ; .Pour quantifier la fonction du VG, l’arsenal clinique offre une série d’indices éjectionnels faciles à utiliser. On citera ici les plus courants.

La fraction d’éjection est certainement l’indice éjectionnel le plus familier. Elle est définie par le rapport :
FE = (Vtd – Vts) / Vtd.

Sa valeur normale est 0.55 – 0.7 pour le VG et 0.4 – 0.6 pour le VD. Elle se mesure de plusieurs manières par l’ETO (voir Chapitre 25, Fonction systolique du VG) (Figure 6.52). Le FE représente le degré de vidange du VG ; elle reflète la régulation intégrée du volume systolique dans des conditions de contractilité, de précharge et de postcharge données. Elle quantifie la capacité du système ventricule – artères à maintenir un débit cardiaque adéquat en cas de variations des conditions de charge et/ou de contractilité [225]. La FE est un indice pronostique pertinent parce qu’elle exprime la réserve fonctionnelle et l’adaptabilité aux conditions hémodynamiques lorsque celles-ci se modifient, mais elle n’est pas un indice de contractilité. Sa valeur dépend de la précharge, de la postcharge et des dimensions du VG :

  • Si le volume télésystolique (Vts) tend vers zéro, la FE tend vers 1.0 ; elle augmente en hypovolémie ;
  • Si le volume télédiastolique (Vtd) augmente, la FE diminue, parce que le Vtd se trouve au dénominateur ;
  • Si la postcharge se modifie, la FE change ; elle augmente en cas de vasoplégie et baisse en cas de vasoconstriction intense ;
  • La FE n’a pas de valeur pour mesurer la fonction systolique en cas de valvulopathie ou de cardiopathie congénitale, à cause des conditions de charge pathologiques et du remodelage ventriculaire.

Dans le cas particulier des valvulopathies et des cardiopathies congénitales, les dimensions du VG sont de meilleurs critères fonctionnels que la FE ; la performance systolique est abaissée de manière proportionnelle à la dilatation (diamètre télédiastolique VG > 4 cm/m2).

La fraction de raccourcissement de surface est l’équivalent de la FE avec les mesures de surface du VG à l’échocardiographie : (Std – Sts) / Std (valeur normale : 0.4-0.5) (voir Figure 6.58). Elle est une mesure plus fiable que la FE car elle ne repose pas sur une approximation géométrique du volume ventriculaire, mais opère le calcul avec les données brutes de l’image bidimensionnelle.

D’autres indices sont fréquemment utilisés en clinique :

  • Le Doppler tissulaire (DT) permet une évaluation plus fine de la contraction myocardique en analysant la contraction longitudinale de la paroi ventriculaire ou la descente de l’anneau mitral en systole (Figure 6.53). L’amplitude du mouvement de l’anneau mitral est de plus de 1 cm; sa vélocité systolique maximale est normalement ≥ 10 cm/s; en cas de dysfonction, elle s’abaisse à < 6 cm/s. C’est un signe sensible de baisse de la performance systolique du VG car les fibres longitudinales se contractent avant les circulaires et sont les premières atteintes par la diminution de contractilité [124].
  • Le flux à travers la valve aortique est bien mesurable avec l’ETO lorsque la sonde est en position transgastrique (voir Figure 6.54). Sa durée (220-300 msec) et sa Vmax (0.8–1.5 m/s) reflètent la force d’éjection du VG. Un brusque accroissement de postcharge par clampage de l’aorte a un retentissement immédiat sur le flux aortique : la Vmax baisse et la durée d’éjection augmente. De manière simplifiée et moins précise, le Doppler oesophagien offre un renseignement analogue (voir Doppler oesophagien).
  • La silhouette de la courbe artérielle met en évidence la pente ascentionnelle en protosystole (Figure 6.55). Ce dP/dt est une mesure de la force éjectionnelle du VG ; sa valeur normale est > 1’200 mmHg/sec [51]. Cette observation n’est valable qu’en l’absence d’obstacle sur la valve aortique et sur l’aorte thoraco-abdominale et en l’absence de vasoconstriction artérielle importante.
  • La technologie PiCCO™ permettant de calculer les volumes de précharge et le volume systolique, il est possible de construire un index de performance ventriculaire gauche qui se définit comme le rapport du débit cardiaque et du volume télédiastolique global (DC / VTDG) (voir Analyse du contour de la courbe artérielle). Le fait d’intégrer la précharge dans le calcul le rend peu dépendant des conditions de remplissage, mais il reste tributaire de la postcharge.

 

Indices isovolumétriques

Théoriquement, les indices de la phase de contraction isovolumétrique sont indépendants de la postcharge puisque la valve aortique est encore fermée pendant cette phase; de plus, ils sont particulièrement sensibles à la dysfonction, puisque la consommation d’O2, l’accélération de la contraction et le stress pariétal sont au maximum. Malheureusement, ils sont sensibles à la précharge [155], et leur mesure nécessite un cathéter intraventriculaire. On peut toutefois investiguer cette phase par des moyens détournés grâce à l’échocardiographie.

  • Les intervalles de temps systoliques (Systolic time intervals) font le rapport entre la phase pré-éjectionnelle (PPE) et la phase d’éjection du VG (PEVG) [25]; la PPE est le temps de stimulation électrique ajouté à celui de la contraction isovolumétrique; elle dure 75-100 msec et s’étend de l’onde Q à l’ouverture de la valve aortique. La PEVG, va de l’ouverture à la fermeture de la valve aortique; sa durée normale est de 220-300 msec (Figure 6.56). Le rapport PPE / PEVG est normalement de 0.35; en cas de dysfonction ventriculaire, la PPE s’allonge et le rapport augmente.
  • La régurgitation d’une insuffisance mitrale commence pendant la phase isovolumétrique puisque la POG est bien plus bassse que la pression aortique : la valve mitrale s’ouvre avant la valve aortique. Le dP/dt de l’IM reflète alors celui du ventricule; on mesure à l’ETO le temps écoulé entre le moment où la vélocité de l’IM est de 1 m/s et celui où elle est de 3 m/s. Ces vélocités correspondant respectivement à 4 et 36 mmHg de gradient de pression entre le VG et l’OG (Figure 6.57); la valeur normale du dP/dt est de 1’200 à 2’000 mmHg/s [306].
  • Au moyen du Doppler tissulaire à l’ETO, il est possible de repérer un premier pic de mouvement systolique avant celui de l’éjection; il représente la vélocité de la contraction isovolumétrique (Figure 6.53). La pente ascentionnelle de cette vélocité est un bon indice de contractilité parce qu’elle représente la vitesse avec laquelle le ventricule se met sous tension avant d’éjecter. C’est un évènement bref, qui dure 20-40 msec, et qui se calcule sur la courbe de vitesse de déformation des tissus (strain rate); cette technique complexe est utilisable pour le VD comme pour le VG [304].

 

Indices de travail et de puissance

En utilisant simultanément des mesures hémodynamiques de pression et des mesures géométriques de surface ou de volume, on obtient des mesures de travail. En introduisant une mesure de temps, on obtient une puissance (travail / temps) ; en hémodynamique, la puissance est obtenue en multipliant la pression par le débit. Le travail est une grandeur physique correspondant à une masse déplacée d’une certaine distance; elle s’exprime en (kg · m), ou en (g · m). Dans le cas du travail cardiaque, il s’agit du produit du volume systolique (cm3) par la résistance à l’éjection représentée de manière simplifiée par la pression artérielle (g/cm2), indexé à la surface corporelle. C’est une donnée dérivée des valeurs obtenues par le cathéter pulmonaire (LVSWI: left ventricle stroke work index):

LVSWI = [ 1.36 · (PAM - PAPO) · VSi ] / 100 (g/m2)

où: VSi = volume systolique indexé (obtenu par cathétérisme droit)
n = 45-60 g/m2

Dans les situations où les résistances périphériques sont très basses ou très hautes, cette mesure du travail systolique ne donne plus une image réaliste de la fonction ventriculaire; c’est notamment le cas en sortant de CEC [119,143].

Un pas supplémentaire peut être franchi en intégrant la vitesse de la contraction dans le calcul. Un manière simple de réaliser cette mesure est la vélocité circonférentielle de raccourcissament ou Vcf. Elle consiste à mesurer la fraction de raccourcissement de la circonférence (C) du VG en court-axe transgastrique à l’ETO (Figure 6.58): (Ctd - Cts) / Ctd. En divisant le résultat par la durée de l’éjection mesurée par le temps d’ouverture de la valve aortique (220-250 msec), on obtient:

Vcf = ( Ctd – Cts ) / ( Ctd · téj )

La valeur normale est 1.1 s-1. Bien que peu dépendante de la précharge, la Vcf est encore dépendante de la postcharge. La valeur corrigée pour la fréquence est plus précise; elle s’obtient par la multiplication avec la racine carrée de l’intervalle R-R précédent: Vcfc = Vcf · √R-R. Comme le diamètre et la circonférence sont liés entre eux par la valeur de p, le calcul de la Vcf peut être simplifié en mesurant les diamètres seuls : (Dtd – Dts) / Dtd · téj, ou FR / téj (FR : fraction de raccourcissement) ; la valeur normale est 2.5-3-5 s-1.

Une manière indirecte d’évaluer la puissance est l’indice de performance myocardique de Tei, qui englobe toutes les phases consommatrices d’oxygène du cycle cardiaque [282]. Il est défini par la somme du temps de contraction isovolumétrique (tCI), de contraction éjectionnelle (téj) et de relaxation isovolumétrique (tRI) divisée par la durée d’éjection (téj) : (tCI + téj + tRI) / téj. Il se calcule par les flux Doppler aortique et mitral; sa valeur normale est 0.5 (Figure 6.59). Il a l’avantage d’être indépendant de la géométrie du ventricule ; il est donc une mesure fonctionnelle valable dans les valvulopathies.

 

Indices intégrant les conditions de charge

Pour qu’une mesure soit indépendante d’un élément, il faut l’incorporer dans le calcul de cette mesure. Ainsi pour mieux cerner la contractilité, on peut intégrer les mesures géométriques de l’échocardiographie et les mesures de pression artérielle.

La réserve de travail systolique, ou Preload recrutable stroke work (PRSW), représente le degré d’augmentation possible du travail systolique en fonction de la précharge ; celle-ci est mesurée par le volume télédiastolique du VG (VtdVG) [84]. La formule est : PRSW = LVSW / VtdVG. Soit :

PRSW = [ 0.0136 · (PAM - PAPO) · VS ] / VtdVG (g·m/ml)

Le PRSW est la relation travail systolique / VtdVG. Graphiquement, c’est une quasi-droite dont la pente est un bon indice de contractilité. Cette pente se redresse sous stimulation adrénergique ou s’abaisse en cas d’insuffisance systolique.

Le stress de paroi (σ) est une force appliquée sur une surface. Il représente la force générée par le ventricule pour éjecter un volume systolique donné. Bien qu’il soit encore sensible aux conditions de remplissage, le stress de paroi est la meilleure expression du travail ventriculaire en fonction de la postcharge. Bien que le VG soit un ellipsoïde, la tension de paroi se définit habituellement par la loi de Laplace pour une sphère, qui a l’avantage d’être simple et utilisable en clinique : σ = (P · r) / 2 h (voir Mesure du débit cardiaque, calcul de postcharge). La tension de paroi maximale est générée pendant la contraction isovolumétrique, puis diminue régulièrement jusqu’à la moitié de sa valeur maximale en fin de systole, parce que la cavité ventriculaire se rétrécit (le rayon r diminue) et la paroi s’épaissit (l’épaisseur h augmente) pendant la phase d’éjection. Le stress de paroi du VG est différent selon ses différents axes. En clinique, il serait trop fastidieux de calculer le stress de paroi dans chaque plan ; on utilise donc des simplifications. La pression artérielle systémique peut être assimilée à une pression intraventriculaire (P) en l’absence de pathologie aortique; la dimension du VG au cours de la contraction isométrique est évaluée en télédiastole, avant que le ventricule ne commence à éjecter. On peut alors simplifier le calcul du stress de la manière suivante : σ = (PAsyst · Dtd) / h [211]. L’épaisseur de paroi (normal : 1.2 cm en diastole) est malaisée à mesurer en échocardiographie, car l’épicarde est très souvent mal identifiable; de plus, une seule mesure ne tient pas compte de l’ensemble du ventricule. D’autre part, la synchronisation des mesures est difficile.

Pour disposer d’un indice simple, construit avec des mesures courantes mais incluant la résistance à l’éjection, on peut utiliser diverses combinaisons arithmétiques entre la fonction ventriculaire systolique et la pression artérielle, sans tenir compte du temps réel auquel correspondent ces mesures. L’évolution de ces indices au cours d’une anesthésie est plus significative que leur valeur absolue. On peut citer quelques exemples parmi les nombreuses combinaisons imaginées.

  • Le produit de la fraction d’éjection (FE) et de la pression artérielle moyenne (PAM, en mmHg) répond à la formule : PAM · FE (normal: 40-70 mmHg).
  • Le rapport pression / surface systolique est établi entre la pression artérielle systolique (PAs) et la surface télésystolique (Sts) : PAs / Sts [87,202]. La valeur normale est 25-40 mmHg/cm2. On peut ainsi surveiller les variations de la fonction inotrope avec une sonde ETO et un cathéter artériel. On peut encore simplifier en faisant le rapport avec le diamètre télésystolique (Dts) en mode TM au lieu de la surface : PAs / Dts.
  • Le produit de la fraction de raccourcissement de diamètre ventriculaire (FR) et de la pression artérielle moyenne (PAM) peut être rapporté à la durée d’éjection (téj) : (PAM · FR) / téj (normal: > 60 mmHg / sec).

L’enregistrement de la pression et du volume ventriculaires permet de figurer une famille de boucles pression-volume (P/V) qui représentent le status fonctionnel du ventricule sous différentes conditions de précharge (Figure 6.60) [261]. Lorsque celle-ci varie, l’ensemble des points télésystoliques se déplace sur une quasi-droite appelée élastance maximale (Emax) qui est indépendante de la postcharge et qui est un excellent reflet de la contractilité myocardique. Avec les techniques échocardiographiques de définition automatique du contour endocavitaire (ABD: Automatic Border Detection) et l’enregistrement simultané informatisé de la pression artérielle invasive, il devient possible de produire des séries de points pression-surface en temps réel et d’en déduire la courbe d’élastance maximale (Emax) du patient (Figure 6.61 et Figure 6.62) [87]. Cette technique ne nécessite qu’une sonde ETO, un cathéter artériel et un programme informatique pour synchroniser les données, mais elle implique des manipulations contrôlées de la précharge pour construire la courbe d’Emax à partir d’une famille de bloucles pression/surface: occlusion de la veine cave inférieure avec un ballon, administration de nitroglycérine et de volume. L’Emax représente la fonction myocardique de manière indépendante de la précharge et de la postcharge. La comparaison de ces résultats avec ceux du cathéter à conductance est excellente [88]. C’est une bonne technique de recherche clinique, mais non une méthode de surveillance des patients en salle d’opération.

La puissance éjectionnelle maximale (PWRmax) est un indice de contractilité plus utilisable dans le quotidien. La puissance d’une pompe est le produit de la pression fournie et du volume éjecté par unité de temps [126]. Dans le cas du VG, il s’agit du produit de la pression du VG et du flux aortique; on peut remplacer la pression intraventriculaire par la pression artérielle systolique; le flux aortique est le produit de la surface de la valve aortique et de la vélocité maximale du sang en systole à travers la valve : PWR= PAs · (SAo · VmaxAo) en mmHg· cm3 / s. On obtient un résultat en watt en multipliant le résultat par (1.333 · 10-4) [256]. Cette valeur, qui est indépendante de la postcharge, peut être rendue indépendante de la précharge en divisant le résultat par une mesure de remplissage télédiastolique, par exemple la surface télédiastolique du VG (cm2): PWR / Std. Le calcul pratique est démontré dans la Figure 6.63. La PWR est un bon indice de contractilité pour l’analyse des effets hémodynamiques des agents d’anesthésie ou des manœuvres chirurgicales (clampage de l’aorte), car elle permet de mesurer la contractilité indépendamment des conditions de charge et de fréquence [144,245].

 

Evaluation de la fonction systolique du VG
Les nombreux indices de fonction systolique peuvent être classés en 4 catégories :
- indices éjectionnels (FE, raccourcissement de surface, flux aortique, dP/dt artériel) ; ils sont
dépendants de la précharge et de la postcharge ;
- indices isovolumétriques (dVmax/dt IM, pente isovolumétrique de la Vmax de l’anneau
mitral) ; ils sont indépendants de la postcharge ;
- indices de travail et de puissance (LWSW, Vcf, Tei) incluant la durée d’éjection systolique ;
- indices incluant la postcharge et la précharge (Emax, PWR, produit PAM · FE) en
combinant des mesures de dimensions et de pression.
Indices offfrant la meilleure combinaison de simplicité, de robustesse et d’adéquation à la fonction systolique du VG :
- fraction de raccourcissement de surface (normal 0.4 - 0-5) ;
- durée d’éjection systolique (normal 220-300 ms), Vcf (normal 1.1 s-1) ;
- évaluation globale de l’image échocardiographique par un observateur entraîné ;
- dilatation du VG ;
- dP/dt de la courbe artérielle ;
- produit PAM · FE (normal: 40-70 mmHg) ;
- FE si la géométrie du ventriculaire est normale et en l’absence de valvulopathie.

 

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