Bioimpédance, une technique innovante et non invasive de mesure de la fonction VG dans les pathologies du cœur droit. Du modèle animal à la clinique

par Angele Boet

Projet de thèse en Physiologie, physiopathologie

Sous la direction de Catherine RÜcker-martin.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (2015-.... ; Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'exploration et la surveillance hémodynamique sont deux domaines connaissant de nombreuses innovations afin de monitorer les patients de la façon la plus fiable, mais aussi plus récemment de la façon la moins invasive possible. La gestion de la volémie, entre autre, est un vrai défi et un sujet primordial en réanimation. L'hypovolémie tout comme l'hypervolémie ou un éventuel retard de prise en charge peuvent avoir de graves conséquences et augmenter la morbi-mortalité (patients en choc avec insuffisance de perfusion des organes). L'évaluation clinique de la volémie par le praticien est démontrée comme insuffisante car imprécise. En plus des techniques invasives considérées comme Gold Standard de mesure du débit et du volume d'éjection cardiaque développées initialement comme la méthode de Fick ou la thermo-dilution, méthodes compliquées voir dangereuses chez des prématurés ou enfants de petit poids, les stratégies non invasives se sont développées. Parmi elles 2 principales : -Echographie-doppler cardiaque, bien implantée en réanimation. -Bioimpédance, grâce au développement de la cardiométrie électrique, couramment utilisé dans notre service depuis presque 10 ans, que nous allons étudier dans notre projet. En résumé, l'appareil émet un courant de haute fréquence (50 kHz) et de basse intensité (2 mA) par le thorax depuis 2 électrodes. Le signal, modifié par l'impédance thoracique, est enregistré par 2 autres électrodes. En même temps, un ECG était enregistré en rapport avec les changements d'impédance thoracique. Le principe de base repose sur le fait que la masse de sang éjectée dans le thorax, et donc les érythrocytes en mouvement dans la même direction, diminue la résistance opposée à un courant émis et reçu par des électrodes cutanées. La cardiométrie électrique considère les changements d'orientation des érythrocytes d'un état anarchique à un flux organisé et orienté et la vitesse du flux aortique en systole. Il en est déduit le volume d'éjection, le débit cardiaque, leurs index, précédemment utilisées et validés en pratique courante, y compris chez des patients congénitaux cardiaques, mais avec une population hétérogène. Cependant 2 autres indices fournis par le système, le SVV et l'ICON, n'ont été ni testés ni validés. Concernant le 1er, le SVV, ce paramètre permettrait s'il est corrélé aux indices habituels d'évaluation de la volémie, de monitorer la volémie, et de guider le remplissage et la réponse au remplissage du patient. Les premiers travaux menés en réanimation avec un des systèmes de bioimpédance, la bioréactance, ont montré qu'un des paramètres, la variation du volume d'éjection cardiaque en fonction du cycle respiratoire (Stroke Volume Variation/SVV, estimation par bioimpédance du Variabilité du pic de vélocité Aortique en ventilation mécanique, paramètre mesuré en échographie et bien validé y compris chez l'enfant comme prédiction du caractère répondeur du patient au remplissage), était un excellent paramètre d'évaluation de cette volémie vasculaire, elle présente d'autres avantages majeurs: c'est la seule technique qui permet une mesure non invasive, rapide, continue sans délai de formation de l'opérateur. Aucune étude n'a pour le moment étudié la fiabilité de ce paramètre, le SVV, mesuré avec un autre système de bioimpédance, la cardiométrie électrique. Concernant l'ICON, outre les mesures et suivi du stroke volume/volume d'éjection systolique du VG, du débit cardiaque, la cardiométrie électrique propose une évaluation non invasive su Stroke Volume Variation/variation respiratoire du volume d'éjection, valeur permettant d'évaluer la volémie et l'état de remplissage du patient, mais aussi une valeur supposée indépendante des conditions de charges du VG de sa contractilité, l'ICON, index de contractilité et sa variabilité (VIC). A ce jour il n'existe aucune publication sur ces 2 paramètres, et aucune valeur ne permet d'évaluer cet ICON en pratique clinique courante sur l'enfant du fait de l'absence d'autres valeurs de contractilité supposées indépendantes des conditions de charges cardiaque. 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. Seul l'Emax, par cathéter de conductance, et donc l'expérimentation animale est utilisable. L'étude de la contractilité du VG nous permettrait ainsi de suivre les enfants en post opératoire ou en situation pathologique, mais aussi et c'est le sujet de cette seconde partie de travail, d'évaluer la fonction VG dans une nouvelle population de plus en plus nombreuse: les patients ayant grandis avec une pathologie du cœur droit. En effet, l'étude fonctionnelle du ventricule droit (VD) connait un récent regain d'intérêt depuis que la dysfonction VD a démontré son importance pronostique dans l'évolution des insuffisances cardiaques observées dans les cardiopathies gauches, l'HTAP et les cardiopathies congénitales. Dans le cadre des malformations cardiaques congénitales, la dysfonction VD peut survenir lorsqu'il existe des lésions résiduelles ou lorsque le VD est en position de ventricule systémique. Cette nouvelle population d'adultes jeunes opérés dans l'enfance est en constante augmentation grâce aux progrès de la chirurgie cardiaque et de la réanimation. L'évolution à long terme vers une insuffisance VD est une complication majeure responsable d'une morbi-mortalité par insuffisance cardiaque et trouble du rythme ventriculaire. Parmi les cardiopathies congénitales, la tétralogie de Fallot après réparation est la première cause de défaillance VD au long cours par surcharge volumique (insuffisance pulmonaire séquellaire) et/ou de pression (sténose pulmonaire résiduelle). Chez ces patients, la valvulation pulmonaire permet de corriger les lésions résiduelles mais le moment optimal de cette chirurgie lourde reste mal défini. En effet, compte tenu de la bonne tolérance clinique de la dysfonction VD jusqu'à sa décompensation complète il est difficile de proposer une chirurgie lourde précoce. Au contraire, une correction trop tardive de l'insuffisance pulmonaire ne permet pas une récupération de la fonction VD. L'exploration par IRM retrouve chez les patients adultes opérés d'une tétralogie de Fallot, une relation linéaire entre la fraction d'éjection du VG et celle du VD, suggérant une interaction entre les deux ventricules (Davlouros et al., 2002). La dysfonction du VG est associée à la fois à la dilatation et à la dysfonction du VD. Il existe, en effet, une corrélation positive entre les volumes télé-diastoliques indexés du VD et du VG, ainsi qu'une corrélation négative entre la fraction d'éjection VD et le volume télé-systolique indexé du VG (Davlouros et al., 2002). Cette altération de la fonction VG, détectable précocement à un stade infra-clinique grâce à un index de performance myocardique mesuré par Doppler (index Tei), est associée à une altération de la tolérance à l'effort et à une élévation du pro-BNP plasmatique (Norozi et al., 2006). Par ailleurs, la dysfonction du VG est reconnue comme un facteur de risque supplémentaire de mort subite chez les patients présentant une dysfonction du VD (Ghai et al., 2002) peut-être en lien avec l'allongement de la durée du QRS qui non seulement est corrélée au volume du VD mais également au volume et à la masse du VG (Helbing et al., 2002). Les facteurs potentiellement responsables d'une diminution globale de la contractilité du VG sont divers : modification de la géométrie du VG par une courbure ou une cinétique anormale du septum inter-ventriculaire (Brookes et al., 1999), akinésie septale liée au patch de fermeture de la communication inter-ventriculaire, fibrose septale, majoration de la demande en oxygène et/ou souffrance myocardique au moment de la réparation de la tétralogie de Fallot. Par ailleurs, les études anatomiques révèlent que le cœur normal est constitué de fibres musculaires communes aux deux ventricules. Le myocarde dans la tétralogie de Fallot ne fait pas exception et il a même été suggéré qu'il pouvait y avoir, dans la couche profonde, plus de fibres communes aux deux ventricules que dans un cœur normal (Sanchez-Quintana et al., 1996). Ces données anatomiques pourraient contribuer à expliquer l'impact de la dysfonction du VD sur la fonction du VG. Le suivi et l'exploration du VG dans les pathologies du cœur droit, ainsi que la détection précoce d'anomalies semble ainsi être un élément clé du suivi et du pronostic de ces patients. II. Objectifs du travail - Etude de la fonction VG dans les cardiopathies du cœur droit - Utilisation et test d'une nouvelle méthode d'exploration innovante et non invasive du cœur gauche et de sa fonction : Validation de la méthode sur le modèle porcin sain Utilisation de la méthode chez des modèles porcins pathologiques Application en clinique

  • Titre traduit

    Bioimpedance


  • Résumé

    L'exploration et la surveillance hémodynamique sont deux domaines connaissant de nombreuses innovations afin de monitorer les patients de la façon la plus fiable, mais aussi plus récemment de la façon la moins invasive possible. La gestion de la volémie, entre autre, est un vrai défi et un sujet primordial en réanimation. L'hypovolémie tout comme l'hypervolémie ou un éventuel retard de prise en charge peuvent avoir de graves conséquences et augmenter la morbi-mortalité (patients en choc avec insuffisance de perfusion des organes). L'évaluation clinique de la volémie par le praticien est démontrée comme insuffisante car imprécise. En plus des techniques invasives considérées comme Gold Standard de mesure du débit et du volume d'éjection cardiaque développées initialement comme la méthode de Fick ou la thermo-dilution, méthodes compliquées voir dangereuses chez des prématurés ou enfants de petit poids, les stratégies non invasives se sont développées. Parmi elles 2 principales : -Echographie-doppler cardiaque, bien implantée en réanimation. -Bioimpédance, grâce au développement de la cardiométrie électrique, couramment utilisé dans notre service depuis presque 10 ans, que nous allons étudier dans notre projet. En résumé, l'appareil émet un courant de haute fréquence (50 kHz) et de basse intensité (2 mA) par le thorax depuis 2 électrodes. Le signal, modifié par l'impédance thoracique, est enregistré par 2 autres électrodes. En même temps, un ECG était enregistré en rapport avec les changements d'impédance thoracique. Le principe de base repose sur le fait que la masse de sang éjectée dans le thorax, et donc les érythrocytes en mouvement dans la même direction, diminue la résistance opposée à un courant émis et reçu par des électrodes cutanées. La cardiométrie électrique considère les changements d'orientation des érythrocytes d'un état anarchique à un flux organisé et orienté et la vitesse du flux aortique en systole. Il en est déduit le volume d'éjection, le débit cardiaque, leurs index, précédemment utilisées et validés en pratique courante, y compris chez des patients congénitaux cardiaques, mais avec une population hétérogène. Cependant 2 autres indices fournis par le système, le SVV et l'ICON, n'ont été ni testés ni validés. Concernant le 1er, le SVV, ce paramètre permettrait s'il est corrélé aux indices habituels d'évaluation de la volémie, de monitorer la volémie, et de guider le remplissage et la réponse au remplissage du patient. Les premiers travaux menés en réanimation avec un des systèmes de bioimpédance, la bioréactance, ont montré qu'un des paramètres, la variation du volume d'éjection cardiaque en fonction du cycle respiratoire (Stroke Volume Variation/SVV, estimation par bioimpédance du Variabilité du pic de vélocité Aortique en ventilation mécanique, paramètre mesuré en échographie et bien validé y compris chez l'enfant comme prédiction du caractère répondeur du patient au remplissage), était un excellent paramètre d'évaluation de cette volémie vasculaire, elle présente d'autres avantages majeurs: c'est la seule technique qui permet une mesure non invasive, rapide, continue sans délai de formation de l'opérateur. Aucune étude n'a pour le moment étudié la fiabilité de ce paramètre, le SVV, mesuré avec un autre système de bioimpédance, la cardiométrie électrique. Concernant l'ICON, outre les mesures et suivi du stroke volume/volume d'éjection systolique du VG, du débit cardiaque, la cardiométrie électrique propose une évaluation non invasive su Stroke Volume Variation/variation respiratoire du volume d'éjection, valeur permettant d'évaluer la volémie et l'état de remplissage du patient, mais aussi une valeur supposée indépendante des conditions de charges du VG de sa contractilité, l'ICON, index de contractilité et sa variabilité (VIC). A ce jour il n'existe aucune publication sur ces 2 paramètres, et aucune valeur ne permet d'évaluer cet ICON en pratique clinique courante sur l'enfant du fait de l'absence d'autres valeurs de contractilité supposées indépendantes des conditions de charges cardiaque. 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. Seul l'Emax, par cathéter de conductance, et donc l'expérimentation animale est utilisable. L'étude de la contractilité du VG nous permettrait ainsi de suivre les enfants en post opératoire ou en situation pathologique, mais aussi et c'est le sujet de cette seconde partie de travail, d'évaluer la fonction VG dans une nouvelle population de plus en plus nombreuse: les patients ayant grandis avec une pathologie du cœur droit. En effet, l'étude fonctionnelle du ventricule droit (VD) connait un récent regain d'intérêt depuis que la dysfonction VD a démontré son importance pronostique dans l'évolution des insuffisances cardiaques observées dans les cardiopathies gauches, l'HTAP et les cardiopathies congénitales. Dans le cadre des malformations cardiaques congénitales, la dysfonction VD peut survenir lorsqu'il existe des lésions résiduelles ou lorsque le VD est en position de ventricule systémique. Cette nouvelle population d'adultes jeunes opérés dans l'enfance est en constante augmentation grâce aux progrès de la chirurgie cardiaque et de la réanimation. L'évolution à long terme vers une insuffisance VD est une complication majeure responsable d'une morbi-mortalité par insuffisance cardiaque et trouble du rythme ventriculaire. Parmi les cardiopathies congénitales, la tétralogie de Fallot après réparation est la première cause de défaillance VD au long cours par surcharge volumique (insuffisance pulmonaire séquellaire) et/ou de pression (sténose pulmonaire résiduelle). Chez ces patients, la valvulation pulmonaire permet de corriger les lésions résiduelles mais le moment optimal de cette chirurgie lourde reste mal défini. En effet, compte tenu de la bonne tolérance clinique de la dysfonction VD jusqu'à sa décompensation complète il est difficile de proposer une chirurgie lourde précoce. Au contraire, une correction trop tardive de l'insuffisance pulmonaire ne permet pas une récupération de la fonction VD. L'exploration par IRM retrouve chez les patients adultes opérés d'une tétralogie de Fallot, une relation linéaire entre la fraction d'éjection du VG et celle du VD, suggérant une interaction entre les deux ventricules (Davlouros et al., 2002). La dysfonction du VG est associée à la fois à la dilatation et à la dysfonction du VD. Il existe, en effet, une corrélation positive entre les volumes télé-diastoliques indexés du VD et du VG, ainsi qu'une corrélation négative entre la fraction d'éjection VD et le volume télé-systolique indexé du VG (Davlouros et al., 2002). Cette altération de la fonction VG, détectable précocement à un stade infra-clinique grâce à un index de performance myocardique mesuré par Doppler (index Tei), est associée à une altération de la tolérance à l'effort et à une élévation du pro-BNP plasmatique (Norozi et al., 2006). Par ailleurs, la dysfonction du VG est reconnue comme un facteur de risque supplémentaire de mort subite chez les patients présentant une dysfonction du VD (Ghai et al., 2002) peut-être en lien avec l'allongement de la durée du QRS qui non seulement est corrélée au volume du VD mais également au volume et à la masse du VG (Helbing et al., 2002). Les facteurs potentiellement responsables d'une diminution globale de la contractilité du VG sont divers : modification de la géométrie du VG par une courbure ou une cinétique anormale du septum inter-ventriculaire (Brookes et al., 1999), akinésie septale liée au patch de fermeture de la communication inter-ventriculaire, fibrose septale, majoration de la demande en oxygène et/ou souffrance myocardique au moment de la réparation de la tétralogie de Fallot. Par ailleurs, les études anatomiques révèlent que le cœur normal est constitué de fibres musculaires communes aux deux ventricules. Le myocarde dans la tétralogie de Fallot ne fait pas exception et il a même été suggéré qu'il pouvait y avoir, dans la couche profonde, plus de fibres communes aux deux ventricules que dans un cœur normal (Sanchez-Quintana et al., 1996). Ces données anatomiques pourraient contribuer à expliquer l'impact de la dysfonction du VD sur la fonction du VG. Le suivi et l'exploration du VG dans les pathologies du cœur droit, ainsi que la détection précoce d'anomalies semble ainsi être un élément clé du suivi et du pronostic de ces patients. II. Objectifs du travail - Etude de la fonction VG dans les cardiopathies du cœur droit - Utilisation et test d'une nouvelle méthode d'exploration innovante et non invasive du cœur gauche et de sa fonction : Validation de la méthode sur le modèle porcin sain Utilisation de la méthode chez des modèles porcins pathologiques Application en clinique