Cardiogramme
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Analyse du contour de la courbe artérielle

La surface sous la partie systolique de la courbe de pression artérielle est proportionnelle au volume systolique (VS) du VG (Figure 6.29A). L’analyse du contour de la courbe de pression est basée sur un algorithme de calcul du débit cardiaque en continu (DCC):

DCC(P) = cal · FC · ∫ ( Pt / RAS + Ca · dP/dt ) dt

        Surface sous la courbe     Pente de la courbe

Les RAS sont calculées par la loi d’Ohm : RAS = (PAM – PVC) / DC. Le facteur de calibration «cal» est calculé lors de la calibration par thermodilution ou par un algorithme. Il intègre l’impédance à l’éjection dans l’aorte (Zao), la résistance statique (RAS) et la compliance artérielle globale (Ca) (voir ci dessous : Surface sous la courbe artérielle) [154]. La surface sous la courbe artérielle représente le volume systolique pour autant que Zao, Ca et RAS restent stables. Pour que l’appareil puisse suivre l’évolution du DC, il doit connaître à quel débit correspond quelle surface. A cet effet, il existe trois méthodes d’étalonnage :

  • Courbe de thermodilution transpulmonaire (PiCCO™),
  • Courbe de dilution d’un traceur (lithium dans le cas du LiDCO™),
  • Nomogramme et algorithme (FloTrac Vigileo™).

Si l’impédance et les résistances artérielles se modifient de manière significative, l’appareil doit être ré-étalonné, sans quoi il interprétera incorrectement le rapport entre la surface sous la courbe et le volume systolique. Toute variation importante des RAS diminue la précision de la mesure du DC. Par exemple, le biais (± SD) entre la mesure par analyse du contour de la courbe artérielle et la mesure par thermodilution (Swan-Ganz), qui est de 0.16 L/min dans la situation de base, passe à 3.25 L/min après une injection de phényléphrine qui augmente les RAS de 60% (Figure 6.30) [226]. Ceci illustre bien la nécessité de recalibrer les systèmes d’analyse de la courbe artérielle chaque fois que les RAS se modifient significativement, sous peine d’obtenir des résultats de débit cardiaque non fiables. Ces technologies ne sont pas adaptées aux opérations sur l’aorte thoraco-abdominale parce que le clampage aortique modifie brusquement la postcharge du VG. La précision des mesures peut également varier en fonction du site d’analyse, par exemple entre l’artère radiale et l’artère fémorale la mesure en artère radiale peut sous-estimer la pression aortique réelle et donner une valeur de DC trop basse [162a,247].

Les variations de la pression artérielle simultanée à la ventilation en pression positive s’accompagnent d’une variation dans le même sens de la surface sous la courbe artérielle. Les systèmes de mesure du contour de la courbe peuvent donc suivre les variations du volume systolique (DVS) en fonction de l’IPPV (Figure 6.29). L’importance des DVS est inversément proportionnelle au volume de la précharge cardiaque ; plus la surface est respiro-dépendante, plus le patient est hypovolémique. Cette technique offre une manière de le quantifier : une hypovolémie se caractérise par un DVS ventilatoire de plus de 12% [15,178,218]. Les DVS sont mesurées en pourcent sur les 30 dernières secondes par la formule: DVS = (VSmax - VSmin) / VSmoy · 100 (où VSmoy = (VS min + VS max) / 2).

Outre la possibilité d’afficher le débit cardiaque systole par systole, l’analyse du contour de la courbe artérielle permet encore de construire un index de contractilité basé sur le dP/dt de la courbe. L’analyse de la montée maximale de la pression périphérique évalue la force de contraction du VG; la valeur normale est 1’200-2’000 mmHg/sec (voir Figure 6.7).

 

Le PiCCO™

La technologie du PiCCO™ et du VolumeView™ est basée sur deux principes qui évaluent respectivement les volumes de la précharge et l’éjection systémique : la thermodilution transpulmonaire et le suivi en continu de la surface sous la courbe artérielle [164]. La thermodilution transpulmonaire (Figure 6.31) consiste en une injection en voie veineuse centrale de 15 ml à < 8°C et en une mesure de la température au niveau de l’artère fémorale par un thermistor. Elle permet de mesurer le débit du coeur gauche et le volume sanguin de distribution, inclus le volume intrathoracique et l’eau pulmonaire extravasculaire. Le temps de circulation étant plus long que dans un échantillonage en artère pulmonaire, la mesure a l’avantage d’être indépendante du cycle ventilatoire. Le volume de distribution de l’injectat (VDI) est le volume contenu entre le site d’injection et le site de mesure:

VDI = OD + VD + VSIT + OG + VG + Ao

VSIT est le volume sanguin intrathoracique. Le volume de l’aorte est considéré comme représentant 50 mL/m2 chez un adulte; il est automatiquement soustrait par l’appareil. Le volume de distribution de l’indicateur est égal au produit du débit cardiaque et du temps de transit moyen (Figure 6.32) :

(MTt): VDI = DC · MTt

Le volume de la plus grande chambre de distribution, qui est le volume sanguin pulmonaire (VSP), est calculé par la formule: VSP = DC · DSt (DSt: temps de décroissance exponentielle). De là, on peut tirer une série de renseignements que calcule le moniteur [219a,238a].

  • Volume télédiastolique global du coeur (VtdG), qui est le volume des oreillettes et des ventricules : VtdG = VDI - VS. C’est un bon indice de précharge global, dont la valeur normale est 600 mL/m2 chez l’adulte.
  • Volume sanguin intrathoracique (VSIT) : VSIT = 1.25 · VtdG ; le VSIT est un indicateur de précharge cardiaque sensible (valeur normale : 850-1’000 mL/m2).
  • Eau pulmonaire extravasculaire (EPEV) : EPEV = VTIT – VSIT. Le VTIT est le volume thermique intrathoracique total, somme du volume intra- et extra-vasculaire. L’EPEV augmente en cas d’insuffisance gauche ou de trouble de la perméabilité capillaire ; dans les conditions normales, .
  • Indice de fonction cardiaque (IFC) : IFC = DC / VTdG (valeur normale : 4.5-6.5) ; lorsqu’il est inférieur à 0.4, la fraction d’éjection est inférieure à 0.5.

L’EPEV est un excellent prédicteur de mortalité chez les malades souffrant de lésions pulmonaires ou de surcharge liquidienne : la mortalité double entre < 10 mL/kg et > 15 mL/kg [238a]. La présence d’un shunt modifie la forme de la courbe de thermodilution, qui devient bifide en présence de shunt droite-gauche. Un shunt gauche-droite, par contre, surestime l’EPEV comme en présence d’œdème pulmonaire, alors que les échange gazeux sont normaux [238a].

 

Surface sous la courbe artérielle

La surface sous la courbe artérielle systolique (Sc) est directement proportionnelle au volume éjecté (VS) et inversément reliée à la compliance vasculaire (Ca). On obtient : VS = Sc / Ca. Cette proportionalité est étalonnée par la thermodilution transpulmonaire ; l’étalonnage doit être répété à chaque modification importante des RAS, ou toutes les 4-6 heures. L’intégration de la courbe de dilution permet le calcul du débit cardiaque selon le principe de Stewart-Hamilton (Figure 6.32) :

DC = Kcal  F  ∫ [ P(t) / RAS + Ca  dP/dt ] dt

Kcal est le facteur de calibration spécifique du patient obtenu par thermodilution, F la fréquence cardiaque, P(t)/RAS est la surface sous la courbe, Ca la compliance artérielle (VS/PAdiff) et dP/dt représente la forme de la courbe de pression [164]. Les algorithmes des nouveaux modèles analysent plus finement la forme de la courbe de pression et repèrent le dicrotisme et la pente qui lui succède, ce qui permet de mieux tenir compte de la compliance artérielle et des résistances périphériques. Ces algorithmes tentent d’intégrer les quatre comnposantes de la résistance à l’éjection (voir Chapitre 5, Détermninants de la fonction systolique, La postcharge).

  • Impédance aortique liée à la pulsatilité : Zao = Pression instantanée / flux instantané ; vu les difficultés de ce calcul, peut être remplacée par : Zao = Pression pulsée / volume systolique. La pression pulsée (PP) ou pression différentielle est la différence PAsyst – PAdiast
  • Résistances périphériques fixes : RAS = (PAM – PVC) / DC.
  • Onde réfléchie : 10% de la postcharge du VG ; non quantifiable en clinique.
  • Compliance artérielle globale : Ca = VS / PP ; c’est l’inverse de l’impédance simplifiée.
  • Physiologiquement, il existe une cinquième composante, la viscosité sanguine, mais celle-ci n’entre pas dans le calcul de ces moniteurs, car elle est supposée rester normale et stable.

Le rapport entre les variations ( ∆ ) de la pression pulsée ( ∆PP) et celles du volume systolique ( ∆VS) peut indiquer l’état des RAS parce que la vasoplégie augmente les ∆VS davantage que les ∆PP (rapport ∆PP/ ∆VS bas), alors que la vasoconstriction augmente les ∆PP plus que les ∆VS (rapport ∆PP/ ∆VS > 1) [112a]. Le calculateur du moniteur en tient compte pour évaluer les RAS. Mais si celles-ci se modifient significativement, l’appareil doit être ré-étalonné avec une thermodilution transpulmonaire. De toute manière, la précision du DC calculé diminue considérablement si les RAS sont très basses ou très élevées.

La technique de PiCCO™, qui est utilisable chez les enfants, n’est guère moins invasive que le cathétérisme pulmonaire mais plus rapide. Le PiCCO™ et la VolumeView™ nécessitent une voie centrale et la pose d’un cathéter spécial dans une artère de grande taille telle la fémorale ou l’humérale ; le calibre de l’artère radiale est en général trop faible pour l’accepter. La méthode a été bien validée par rapport à la Swan-Ganz pour la mesure du débit cardiaque (r = 0.91) [226,238] et par rapport à la technique de double dilution pour la mesure de l’EPEV [239]. Le biais est de l’ordre de 0.16 L/min [226]. Le PiCCO mesure le débit cardiaque systémique et non pulmonaire ; il n’est pas fiable en cas d’anévrysme de l’aorte thoracique (surestimation du VSIT) ni en cas de clampage de l’aorte thoraco-abdominale. D’autre part, il ne permet pas de mesurer la SvO2.

Pour l’évaluation de la volémie, la technique du PiCCO offre deux avantages [215].

  • Le VtdG est un indice de remplissage adéquat quel que soit le mode de ventilation (contrôlée, assistée, spontanée, PEEP) ; il n’est pas dépendant de la compliance des cavités cardiaques, contrairement aux mesures de PVC et de PAPO [176] ;
  • Les variations du VS avec la ventilation mécanique est un indice dynamique de la volémie plus pertinent que les mesures statiques, mais restreint aux malades sous respirateur [15,178] ; la valeur prédictive pour l’hypovolémie et la réponse au remplissage est d’autant meilleure que les patients sont plus hypotendus [48].

 

Le LiDCO™

Une technologie sensiblement différente permet d’analyser la courbe artérielle à partir d’un cathéter normal (LiDCO™). L’algorithme évalue la totalité de la courbe artérielle, et non sa seule portion systolique [164]. L’étalonnage est effectué par dilution transpulmonaire au moyen d’une injection de 0.2 mmol de lithium dans une veine périphérique et par un prélèvement dans l’artère au moyen d’une petite pompe et d’une électrode Li-sensible ; vu la toxicité du lithium, l’étalonnage ne peut pas être répété plus de 10 fois en 24 heures [123]. La courbe de dilution au Li est une manière très précise de calculer le débit cardiaque (r = 0.96) [123]. La corrélation du DC continu mesuré au LiDCO avec celui du PiCCO est excellente (r = 0.94) [208]. La corrélation avec la débitmétrie électromagnétique aortique (r = 0.95) est même meilleure que celle de la Swan-Ganz (r = 0.87) [134]. Comme le lithium injectable n’est pas disponible sur le marché dans de nombreux pays occidentaux, l’application clinique de cette technologie, pourtant excellente, est limitée. Le LidCOrapid™ est une variante qui ne réclame pas de calibration externe mais s’étalonne par référence à un algorithme interne comme le FloTrac/Vigileo™.

 

Le FloTrac/Vigileo™

Pour éviter les problèmes de calibration et pour pouvoir utiliser un cathéter artériel standard, le FloTrac/Vigileo™ s’auto-étalonne au moyen d’un algorithme d’autocorrélation basé sur la pulsatilité de la courbe artérielle. Celle-ci est calculée en utilisant la déviation standard de l’onde de pression artérielle sur 20 secondes (échantillonnage à 100 Hz) et un coefficient (k) représentant la compliance (Ca) et les résistances artérielles (RAS). Ce coefficient est basé sur l’âge, la taille et le poids du malade à partir de données sur la compliance et l’élasticité aortique de cadavres [140]. Il est également fondé sur une opération mathématique renouvelée toutes les minutes et tenant compte de la pression moyenne, du déplacement relatif de la courbe vers la droite ou la gauche (obliquité des pentes) et de son aplatissement (curtose) [161,162,162a]. La 3ème génération de l’appareil contient en mémoire des tracés de patients avec des RAS très basses ou très hautes et leurs DC correspondants ; elle peut ainsi partiellement tenir compte des variations de résistance et de compliance artérielles dans son calcul du débit [273a]. Le calcul lui-même est une propriété industrielle non publiée.

Les premières évaluations cliniques ont révélé une corrélation satisfaisante mais variable entre la mesure du DC par FloTrac™ et celle par thermodilution : r = 0.66, [33], r = 0.74 [30], r = 0.85 [197]. Les biais sont de l’ordre de 0.26 L/min. L’appareil affiche une certaine association avec la valeur de la pression artérielle moyenne, et des résultats sensiblement différents selon que le site de mesure est l’artère radiale ou l’artère fémorale (biais 0.55 L/min) [162,247]. Il tend à surestimer les bas débits et sous-estimer les débits élevés, mais lit un DC anormalement haut lorsque les RAS augmentent rapidement [30], ou trop bas lorsqu’elles s’abaissent avec un vasodilatateur [162]. Des perfectionnements de l’algorithme et la mémorisation de tracés vasoplégiques ou vasoconstrictés (3ème génération) ont permis d’améliorer la corrélation avec les mesures de thermodilution (r = 0.92, biais 0.19 L/min) dans la plage normale du débit cardiaque [165,265a], où le pourcentage d’erreur est de 15-34% [166,247], mais l’appareil reste peu performant lors des situations hémodynamiques extrêmes (vasoplégie, hypovolémie) [162a,167,273a]. Sous hautes doses de vasopresseur, l’erreur est de 27.9%, même avec l’algorithme de 3ème génération [174a]. Le FloTrac/Vigileo™ reste très sensible à la forme de la courbe artérielle et perd sa fiabilité en cas de sténose aortique serrée, d’insuffisance aortique sévère, de shunt (cirrhose hépatique) ou de contrepulsion intra-aortique, parce que la forme de la courbe est trop anormale pour qu’il puisse l’interpréter correctement [158,167]. Il est utile et fiable pour tracer les variations du DC liées aux modifications de la volémie (taux de concordance 85-96%) pour autant que les résistances artérielles se maintiennent dans une fourchette normale, car il perd sa précision en cas de vasoplégie ou de vasoconstriction (taux de concordance 23-60%) [265a,273a].

 

Le ProAQT™ Pulsioflex

Ce système analyse la forme de la courbe artérielle en temps réel comme le PiCCO mais à travers n’importe quel cathéter et sans calibration externe. Il fournit une évaluation du VS et du DC ; il calcule les variations de pressions pulsée et de volume systolique, et il estime un index des résistances artérielles et de la contractilité [216a]. Bien que partiellement évaluée, la précision de ses mesures est plutôt décevante : le coefficient de corrélation avec la thermodilution oscille entre 0.5 et 0.7 selon que les variations sont liées aux résistances artérielles (r = 0.53) ou à la volémie (r = 0.73). L’appareil suit correctement les variations du DC liées à la précharge, mais sa lecture en valeur absolue est peu fiable [184].

 

Le système ClearSight™ (anciennement Nexfin™)

Par analogie avec celle de la courbe de pression artérielle, l’analyse de la courbe de photo-pléthysmographie d’un doigt au moyen d’une manchette à pression miniaturisée et de LED infrarouges permet d’évaluer le débit cardiaque (Figure 6.33). Les trois composantes vasculaires de la compliance, de l’impédance et de la résistance périphérique sont estimées d’après l’âge, le genre, la taille et le poids du patient ainsi que par l’analyse en continu de la pression artérielle. Le volume systolique est alors calculé en divisant la surface sous la courbe systolique du pulsemètre par la l’impédance/résistance artérielle globale calculée par l’algorithme [216a]. L’avantage principal est de disposer d’un moyen d’apprécier le débit cardiaque de manière totalement non-invasive et de pouvoir suivre les variations du volume systolique en IPPV pour la détection précoce de l’hypovolémie. Mais le système présente des faiblesses majeures : inexactitude en cas de haut ou de bas débit, sensibilité à l’état de vasoconstriction ou de vasoplégie artérielle, meilleure capacité à estimer les variations du DC que la valeur réelle de celui-ci [241b].

 

Le système esCCO™

La mesure du temps de transit entre l’ECG et l’onde de pouls pléthysmographique (ECG-SpO2) permet d’estimer le DC si l’on connaît la relation entre celui-ci et la compliance artérielle : le temps s’allonge lorsque le débit cardiaque baisse. Cette dernière est évaluée par l’analyse de la pression pulsée (sphygmomanomètre) et par les données du patient (âge, sexe, taille et poids). Le système actuellement sur le marché (esCCO™, Nihon-Kohden) est toutefois peu performant. Son degré de concordance avec la mesure de référence du DC est de 0.61-0.63, et le pourcentage d’erreur de 49-54% [8]. Le biais est lié principalement aux résistances artérielles périphériques.

 


Analyse du contour de la courbe artérielle
La surface sous la courbe artérielle systolique est proportionnelle au volume systolique (VS). Après étalonnage par thermodilution transpulmonaire (PiCCO™), dilution d’un traceur (LiDCO™) ou algorithme de calcul (FloTrac Vigileo™), elle permet de calculer le VS et le débit cardiaque. L’appareil doit être recalibré en cas de variation des RAS.
La thermodilution transpulmonaire et l’analyse de la courbe artérielle du PiCCO™ permet en outre de calculer le volume télédiatolique global du cœur, le volume sanguin intrathoracique et l’eau pulmonaire extravasculaire. Mais le PiCCO™ nécessite un cathéter spécial (voie fémorale) et une voie veineuse centrale.
Le LiDCO™ s’étalonne par injection de lithium (voie périphérique) et s’accomode d’un cathéter artériel standard. La toxicité du lithium limite le nombre d’étalonnages par 24 heures.
Le FloTrac Vigileo™ s’auto-étalonne au moyen d’un algorithme d’autocorrélation et ne réclame aucun cathétérisme particulier (cathéter standard par voie fémorale ou radiale). Toutefois, il tend à surestimer les bas débits et sousestimer les débits élevés ; il surestime de DC si les RAS augmentent et le sousestime lorsqu’elles baissent. Il est peu fiable lors de vasoconstriction prononcée ou de vasoplégie
Le système ClearSight™ utilise le principe de la surface sous la courbe pour analyser celle de la pléthysmographie digitale et en déduire le DC de manière non-invasive, mais il est très sensible aux variations de résistances artérielles et reste peu précis en-dehors d’une hémodynamique normale.
Tous les systèmes déduisant le débit cardiaque de la surface sous la courbe artérielle sont sensibles aux RAS et à la compliance vasculaire. Ils doivent être ré-étalonnés lorsque celles-ci se modifient. En cas de variations extrêmes des RAS (vasoplégie, vasoconstriction intense, CPIA), seul le cathéter pulmonaire donne des valeurs fiables.

 

 

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