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En pratique clinique aux soins intensifs, aucune méthode de mesure du débit cardiaque disponible n'est dépourvue de limitations. Par conséquent, aucune d'entre elles n'a fait preuve de sa supériorité par rapport à une autre. Bien que la thermodilution classique ait été la référence au vingtième siècle, la mesure de débit cardiaque par des moyens non invasifs s'est récemment développée. Le présent article fait la synthèse des avancées récentes dans ce domaine.
Depuis plusieurs années, aux soins intensifs, nombreuses sont les équipes qui ont cherché à promouvoir l'utilisation de systèmes de monitorage hémodynamique non invasifs, pour éviter ainsi les complications inhérentes aux techniques sanglantes. Du fait que la mesure du débit cardiaque (DC) lors d'un état de choc est indispensable chez tout patient de soins intensifs présentant des défaillances vitales, ce monitorage a lui aussi été concerné par ces recherches. L'utilisation de technologies non invasives de mesure de débit cardiaque en pratique clinique a été rendue possible grâce au recours à des concepts physiques anciens couplés à la mise au point de systèmes utilisant des programmes informatiques novateurs. La présente mise au point résume les avancées récentes dans ce domaine.
Une technique de réinhalation partielle du CO2 et l'utilisation de la version différentielle de l'équation de Fick appliquée au CO2 permettent la mesure non invasive du débit cardiaque.1-8 Le système NICO de Novametrix est un moniteur de débit cardiaque qui repose sur le principe que le débit cardiaque est égal à la production de CO2 indexée sur la différence artérioveineuse en CO2. De ce fait et grâce à la capnographie expirée, la production de CO2 peut être mesurée chez un patient intubé et ventilé en pression positive. Par ailleurs, le contenu en CO2 artériel revient à mesurer le PetCO2. Reste la question de mesurer le contenu veineux en CO2. Pour cela, une valve est actionnée automatiquement toutes les trois à quatre minutes, avec l'installation d'une boucle de réinhalation pendant 50 secondes. Cela permet à l'alvéole de se saturer en CO2 et mène à ce que le contenu alvéolaire en CO2 soit en équilibre avec le contenu capillaire veineux. A cet instant, la mesure du PetCO2 équivaut à la mesure du contenu capillaire veineux en CO2. La fraction de shunt est estimée par l'oxymétrie de pouls et la concentration inspirée en oxygène. Néanmoins, cette technique de mesure nécessite que les patients soient intubés et placés sous ventilation mécanique. Les premiers résultats chez l'homme montrent une bonne corrélation avec la mesure du débit cardiaque par thermodilution et par échocardiographie-Doppler.1,2,4-8 Aussi, ce type de monitorage peut avoir un intérêt dans les prises en charge de patients en situation préhospitalière.3
Néanmoins, certaines limites de cette technique doivent être connues, comme un changement du métabolisme énergétique durant la mesure, une ventilation/minute instable et une variation du shunt intrapulmonaire. Par ailleurs, le praticien doit être conscient du risque d'hypercapnie et d'acidose respiratoire chez les patients présentant des affections respiratoires obstructives.
L'entrée et la sortie de sang dans le thorax à chaque systole provoquent des modifications des propriétés électriques du thorax qui peuvent être mesurées par le calcul de l'impédance thoracique. Le volume de la cavité thoracique étant estimé à partir du poids, de la taille et du sexe du patient, l'impédance thoracique instantanée est calculée par l'application d'un courant électrique de faible amplitude et de haute fréquence entre deux paires d'électrodes, l'une placée sur le cou et l'autre sur l'abdomen.9,10 Basé sur l'équation de Kubicek,10 le traitement informatique des données obtenues pour chaque cycle permet l'estimation du volume d'éjection systolique. Cette technique, élégante et non invasive, se heurte toutefois à certaines difficultés techniques telles que l'acquisition du signal ou des défauts de validité de la modélisation informatique et géométrique du système.11,12 Aussi, les nombreuses études ayant comparé cette technique aux autres méthodes de mesure du débit cardiaque ont donné des résultats jugés suffisants mais variables d'une étude à l'autre. Ceci étant expliqué par une qualité de mesure altérée chez les patients de réanimation.11-13,14 Ces appareils sont coûteux (en moyenne CHF 25 000. à 30 000.), alors que leur fiabilité reste encore à démontrer. Par ailleurs, la ventilation mécanique lorsqu'elle s'assortit à de grandes variations des volumes d'air intrathoraciques (fréquence respiratoire et volume/minute instables), et la présence d'épanchements pleuraux peuvent être une limite de la méthode.
La mesure semi-invasive (Doppler sophagien) de la vitesse d'écoulement du sang dans l'aorte thoracique ascendante ou descendante permet une mesure précise du débit cardiaque.15 Les principes techniques de la mesure du DC par effet Doppler consistent en l'obtention d'un signal Doppler continu où tous les écoulements rencontrés par le faisceau ultrasonore se trouvent alignés sur le trajet étudié. Le positionnement d'une sonde Doppler à proximité de l'aorte permet l'insonation de l'aorte thoracique descendante (mesure de la vélocité des érythrocytes) et le calcul de l'intégrale temps-vitesse de l'éjection aortique (VTIAo).16,17 Le volume d'éjection systolique aortique pourra alors être obtenu selon la formule : VES = VTIAo X (πD2/4), où D est le diamètre du vaisseau aortique.15 Les relations anatomiques étroites entre l'aorte thoracique descendante et l'sophage ont permis le développement de la mesure du VES par Doppler transsophagien. La sonde Doppler est rapidement et facilement insérée, et elle est descendue de 35 à 40 cm dans l'sophage. Le flux sanguin dans l'aorte thoracique descendante est aisément identifié sur le profil de vélocité affiché à l'écran et surtout au moyen des caractéristiques sonores typiques du flux aortique. La limitation technique réside dans le fait que l'aorte et l'sophage étant deux conduits parallèles, un angle entre la sonde Doppler et le flux aortique de 45 à 60° (suivant les différents appareils) est une condition sine qua non pour la fiabilité de la mesure.15 Néanmoins, des variantes anatomiques interindividuelles peuvent être à l'origine d'un angle situé en dehors de cet intervalle. De ce fait, dans ce cas bien précis, un écart de 10° pourra résulter sur une mesure de débit erronée de - 25% à + 25% de la valeur réelle en fonction de la fréquence d'émission de la sonde Doppler (4 ou 5 MHz).15 Une autre limitation consiste dans le fait que la ventilation spontanée ou par pression positive peut induire une mobilité de l'sophage et l'aorte descendante ce qui parasite le recueil du signal et donc la mesure.
L'obtention d'une mesure d'un signal de Doppler aortique ne prend habituellement que quelques minutes. La sonde peut alors être laissée en place et elle permet l'enregistrement en continu du flux sanguin aortique. Le déplacement secondaire de la sonde dans l'sophage est fréquent : une simple rotation de la sonde est alors souvent suffisante pour récupérer un signal fiable. La mesure du VES peut se faire par deux moyens distincts : soit la surface aortique est mesurée échographiquement (diamètre mesuré ; Hemosonic, Arrow) ; soit la surface de l'aorte descendante est approchée à partir de nomogrammes intégrant l'âge, le poids, la taille et la pression artérielle moyenne (CardioQ, Deltex Medical Ltd). Considérant que 30% du VES est destiné aux troncs supra-aortiques, le VES mesuré dans l'aorte descendante est rehaussé de la valeur correspondante à cette partie du corps. Néanmoins, cet index, 30%-70% entre le territoire céphalique et le territoire caudal, peut varier dans des conditions pathologiques et fausser les approximations du débit.18 La corrélation entre la mesure du DC par thermodilution et par Doppler sophagien a été largement testée en anesthésie et en réanimation.18,19 Les limites d'acceptation actuelles entre les deux techniques de mesure vont de - 1,5 l/min à + 2 l/min avec un coefficient de corrélation r = 0,95.20 Cette technique possède une fiabilité suffisante pour orienter la prise en charge thérapeutique et elle est considérée comme un bon monitorage du débit cardiaque. Par ailleurs, la simple visualisation du profil de vélocité aortique et le calcul de quelques paramètres mathématiques simples permettent d'orienter les décisions thérapeutiques vers un remplissage vasculaire ou un traitement par des drogues inotropes.21
L'échocardiographie-Doppler transthoracique (ETT) est une technique non invasive, réalisable au lit du patient, rapide et reproductible.22 Depuis une vingtaine d'années, les appareils d'échographie cardiaque-Doppler deviennent disponibles dans les unités de réanimation grâce au développement d'appareils polyvalents permettant, en utilisant différentes sondes, la réalisation d'un ensemble d'examens utiles aux patients de soins intensifs. En effet, actuellement, outre que ces appareils permettent la réalisation d'examens cardiaques, ils permettent d'investiguer le poumon,23,24 la circulation cérébrale,25 et les trajets vasculaires. L'échographie cardiaque réalisée par voie transthoracique ou par voie transsophagienne (ETO) apporte des informations morphologiques cardiaques et hémodynamiques exhaustives et intéressantes : évaluation de la fonction systolique et diastolique du VG, mesure de la taille des cavités, recherche d'anomalies valvulaires et péricardiques,26 visualisation d'un shunt intracardiaque, diagnostic des pathologies de l'aorte thoracique et détection d'une embolie pulmonaire.27,28 Cependant l'ETO, technique semi-invasive, relève exclusivement du recours à des échocardiographistes entraînés.22
Au cours des états de choc, l'ETT permet le plus souvent d'orienter la thérapeutique et de l'adapter régulièrement du fait de sa reproductibilité.29,30 Le principal obstacle à l'utilisation de l'échocardiographie en réanimation est l'obligation de disposer d'opérateurs entraînés susceptibles de répondre aux demandes dans des délais très brefs et à toute heure.22 De plus, la qualité et l'intérêt des examens pratiqués dépendront du niveau de formation et de l'entraînement de l'intensiviste.22 Plus encore, celui-ci devra connaître ses limites et recourir aux cardiologues spécialisés en cas de difficultés. Les sociétés cardiologiques considèrent qu'une expérience de trois mois à plein temps et de 150 échocardiographies sont nécessaires pour prétendre à une réelle compétence.31-34 L'intensiviste pourrait se limiter à une formation rigoureuse minimale, mais suffisante pour répondre à certaines questions précises auxquelles l'échocardiographie apporte des réponses facilement accessibles.34
Le débit cardiaque peut être calculé moyennant l'échocardiographie-Doppler après la mesure du volume d'éjection systolique au niveau de l'anneau aortique. A ce niveau et grâce à l'échocardiographie bidimensionnelle, le diamètre (D) de l'anneau est mesuré pendant la systole (repérage temporel grâce à l'onde T sur l'ECG).35 Par la suite, l'intégrale temps-vitesse de l'éjection aortique (VTIAo) pourra alors être obtenue moyennant le Doppler pulsé au niveau de l'anneau. Le VES = VTIAo X (πD2/4), avec le DC qui sera égal à cette valeur multipliée par la fréquence cardiaque pendant la mesure (figure 1).
Par ailleurs, l'échocardiographie permet aussi une estimation de la PVC grâce à la mesure du diamètre télé-expiratoire de la veine cave inférieure, en fenêtre sous-costale, 2 cm avant son abouchement dans l'oreillette droite 36-38 ou grâce au recours au Doppler tissulaire (DTI) de l'anneau tricuspidien.39 Les pressions de remplissages du ventricule gauche peuvent être estimées au moyen du DTI de l'anneau mitral.40-43
La répétition aisée de cet examen au chevet du patient constitue un avantage important pour vérifier la réponse aux thérapeutiques.44,45 Reste qu'il faut garder à l'esprit que cette technique ne monitore pas de façon continue le malade, mais qu'elle permet un status discontinu au cours de l'évaluation hémodynamique. De ce fait, en cas d'une prise en charge de multiples patients instables sur le plan hémodynamique lors d'une garde nocturne par exemple, la possibilité de monitorage des patients par cette technique non invasive est assez limitée.
La possibilité de déterminer le débit cardiaque en utilisant la méthode du contour de l'onde de pouls ou pulse contour est un procédé étudié par les cliniciens et chercheurs depuis des décennies.46-48 Des succès préliminaires ont été obtenus en utilisant la méthode de surface sous la courbe ou par l'analyse de divers composants de l'onde de pression artérielle (PA).49-52 Aux soins intensifs, la mise en place d'un cathéter artériel permet la mesure en continu du volume d'éjection systolique, battement par battement, selon la méthode du contour de l'onde de pouls. L'onde de PA est séparée en deux parties successives par l'incisure dicrote reflétant la fermeture de la valve aortique (figure 2). Une relation linéaire entre l'aire sous la courbe de la première partie (systolique) de l'onde de PA et le VES du VG est démontrée.52 De ce fait, l'aire sous la courbe de la composante systolique de l'onde de pression artérielle est déterminée par la relation volume d'éjection systolique-onde de pression associée à cette éjection. Cette relation peut varier d'un individu à l'autre, et chez un même individu en fonction des changements des conditions cliniques. Cette relation chez un même individu permet de calculer une constante «K» (coefficient d'impédance aortique) qui pourra être utilisée dans des mesures ultérieures.
La mesure du débit cardiaque par une autre technique (thermodilution classique ou transpulmonaire, dilution d'un colorant, ultrasons, Doppler, etc.) permet l'étalonnage de la relation entre la surface sous la courbe de l'onde systolique de PA et le VES. Cet étalonnage en fait caractérise la valeur K de cette constante. Ainsi, la surveillance battement par battement de l'onde de PA permet le calcul battement par battement du VES et ainsi du débit cardiaque. Cette méthode a été validée en réanimation même si les variations de la résistance vasculaire systémique au cours du temps altèrent la véracité des mesures en changeant la valeur K. Aussi, les variations de cette surface (calculable à chaque battement cardiaque) permettent d'acquérir les variations respiratoires du VES battement par battement chez les patients placés en ventilation mécanique. Ces variations respiratoires du volume d'éjection systolique chez les patients sédatés profondément, sans arythmies et ventilés en pression positive, sont des indices fiables de la réponse au remplissage intravasculaire.53
Actuellement, plusieurs compagnies possèdent des logiciels de mesure du débit cardiaque, en utilisant les techniques du pulse contour. L'appareil PiCCO de Pulsion systems utilise une calibration par thermodilution transpulmonaire.53 L'appareil PulseCO (LIDCO plus system) utilise une calibration par dilution d'un indicateur au lithium.54,55 D'autres systèmes plus récents n'utilisent pas de calibration et déterminent la constante K par l'analyse de la courbe de pression artérielle.50,56 Néanmoins, à l'opposé des méthodes de contours de l'onde de pouls qui utilisent une calibration, les outils de mesure sans calibration sont en cours de validation par des études cliniques.
A ce jour, de nombreuses techniques non invasives sont utilisées aux soins intensifs pour mesurer le débit cardiaque. Ces techniques regroupent l'échocardiographie-Doppler, l'impédancemétrie, le Doppler sophagien, la réinhalation partielle du CO2 avec l'utilisation de l'équation de Fick, et la courbe de pression artérielle sanglante avec ses dérivées et intégrales. Néanmoins, ces techniques de monitorage se doivent dans l'avenir d'être aussi précises et plus reproductibles que les anciennes méthodes invasives. En effet, utilisées pendant une vingtaine d'années, les techniques invasives n'ont jamais fait la preuve de leur utilité par une diminution de la morbi-mortalité des patients des soins intensifs.