Monitorage du volume d éjection systolique par Doppler œsophagien

mt cardio 2008 ; 4 (3) : 237-42 Monitorage du volume d éjection systolique par Doppler œsophagien Bernard Cholley Service d anesthésie-réanimation, Hôpital européen Georges-Pompidou ; Université René-Descartes, Faculté de Médecine, Paris <bernard.cholley@egp.aphp.fr> doi: 10.1684/mtc.2008.0143 Résumé. Le Doppler œsophagien est un outil de monitorage du débit cardiaque battement par battement, peu invasif et simple d utilisation. Sa fiabilité est comparable à celle des autres techniques utilisées en pratique clinique. Il permet de guider les apports liquidiens en quantifiant l augmentation de débit qui en résulte et d éviter les excès d apports si l on arrête de remplir quand le plateau de la courbe de fonction cardiaque du patient est atteint. Au bloc opératoire, une stratégie fondée sur l optimisation du débit cardiaque a prouvé des effets bénéfiques chez les patients chirurgicaux «à haut risque». Mots clés : volume d éjection systolique, débit cardiaque, monitorage, optimisation hémodynamique, patient chirurgical à haut risque Abstract. Stroke volume monitoring using esophageal Doppler Esophageal Doppler is a noninvasive, instantaneous cardiac output monitor. Its reliability has been shown to be comparable to that of other current techniques used in the clinical arena to measure cardiac output. It helps to guide intravascular fluid resuscitation by quantifying the increase in flow in response to fluid challenges and by indicating the plateau of the patient s cardiac function curve. When the plateau has been reached, further fluid loading may result in congestion without an improvement in the systemic flow. A strategy based on cardiac output optimization has proven beneficial in high-risk surgical patients. Key words: stroke volume, cardiac output, monitoring, hemodynamic optimization, high risk surgical patient quate dans l ensemble des organes du patient, ce qui sous-entend une pression suffisante et un débit garantissant un bon transport d oxygène aux tissus. Si la pression est toujours monitorée, parfois même en continu chez les patients à haut risque, le débit est souvent ignoré par manque d outils simples pour le mesurer. Or, le débit est le paramètre le plus sensible aux variations de retour veineux car il est moins étroitement régulé que la pression, et la période peropératoire est marquée par de nombreuses altérations du retour veineux : remplissage vasculaire, hémorragie, pertes insensibles, vasodilatation liée aux agents anesthésiques... De plus, en chirurgie non cardiaque, l immense majorité des situations hémodynamiques critiques est liée à un problème aigu de retour veineux, et seule une minorité est liée à un problème de défaillance cardiaque. Par conséquent un outil simple de mesure du volume d éjection systolique comme le Doppler œsophagien répond précisément à l attente essentielle des anesthésistesmtc Tirés à part : B. Cholley En réanimation ou au bloc opératoire, la nécessité de monitorer l hémodynamique des patients susceptibles de présenter des variations brutales et dangereuses de leur état cardio-circulatoire est une évidence. Les moyens à mettre en œuvre pour assurer ce monitorage sont plus controversés. Un outil de monitorage est cliniquement indiqué quand il a la capacité de détecter des anomalies ou des changements dans l état physiologique du patient et quand il peut aider à guider la thérapeutique. Les anesthésistes et les réanimateurs ont désormais bien admis que l échocardiographie transœsophagienne (ETO) est un outil très puissant pour diagnostiquer la cause de situations critiques en réanimation comme au bloc opératoire. Pour ce qui est du monitorage proprement dit, c est-à-dire la réalisation de mesures répétées (ou continues) de paramètres physiologiques, l ETO n est pas forcément l outil idéal. Un des objectifs de la réanimation est de maintenir une perfusion adé- 237

Monitorage du volume d éjection systolique par Doppler œsophagien réanimateurs : avoir un reflet direct et sensible des variations de retour veineux. Liste des abréviations ETO : échographie transœsophagienne ITV : intégrale temps-vitesse VES : volume d éjection systolique Principe de fonctionnement Le calcul du débit cardiaque par Doppler œsophagien repose sur la mesure instantanée de la vitesse du flux aortique descendant (figure 1) [1, 2], qui permet de calculer la distance parcourue par la colonne de sang durant chaque systole (intégrale temps-vitesse). Le volume de sang déplacé à chaque systole dans l aorte descendante est obtenu par le produit de cette distance systolique Vélocité aortique (cm/sec) 100 0 ITV Temps (sec) Figure 1. Principe de l estimation du volume d éjection systolique (VES) à partir de la mesure de la vitesse instantanée dans l aorte thoracique descendante : la distance systolique parcourue par les globules rouges est calculée par l intégrale temps-vitesse (ITV). Cette distance est multipliée par une estimation de la surface aortique descendante (S) pour obtenir le volume éjecté dans l aorte descendante. VES ITV S Figure 2. En haut, sonde de Doppler œsophagien en place, illustrant la proximité anatomique entre l œsophage et l aorte thoracique descendante. En bas, profil de vitesse Doppler caractéristique dans l aorte thoracique descendante. La représentation spectrale montre que la plupart des globules rouges (bande de couleur orange-blanche) se déplacent à la vitesse maximum (proche de l enveloppe verte) pendant la systole et que le flux diastolique est minime. 238

(cm) par un facteur qui incorpore l estimation de la surface de section de l aorte descendante (cm 2 ) et la répartition du débit entre troncs supra-aortiques et aorte descendante. Selon les appareils, la surface de section de l aorte descendante est soit estimée par un abaque (Cardio Q, Deltex ; Waki, Atys Medical) ou bien calculée à partir de la mesure directe du diamètre par écho TM (Hemosonic, Arrow). Ce volume doit ensuite être multiplié par un facteur de correction pour obtenir le volume d éjection systolique global, en admettant que la répartition entre aorte thoracique descendante et troncs supra-aortiques est connue et constante. Enfin, en multipliant le volume d éjection systolique par la fréquence cardiaque on obtient le débit cardiaque en litres par minute. Utilisation pratique du Doppler œsophagien La sonde munie d un capteur Doppler à son extrémité est introduite dans l œsophage par voie orale chez un patient anesthésié et ventilé (figure 2). L usage de cet outil est à éviter chez les patients conscients en raison de l inconfort, bien que de nouvelles sondes nasales soient actuellement conçues pour être laissées en place après l arrêt de la sédation ou de l anesthésie (plus souples, mieux tolérées). Le capteur est orienté «à l aveugle» vers l aorte pour détecter le signal de vélocité sanguine aortique, tout en s aidant de la représentation à l écran du moniteur (figure 2). La profondeur d insertion et la rotation de la sonde sont modifiées pour optimiser la qualité du signal en se basant sur le pic de vélocité aortique et la brillance du spectre Doppler. Le pic de vélocité doit être le plus élevé possible pour assurer le meilleur alignement avec le flux sanguin (figure 3). La brillance du spectre témoigne de l intensité des ultrasons réfléchis, laquelle est maximale quand le capteur fait face au flux de globules rouges dans l aorte. Pour certaines sondes couplées à un capteur écho TM, il n y a pas d affichage spectral du signal, mais une simple ligne traçant la vitesse maximale des globules rouges. Il faut donc se fier à l image des parois aortiques pour confirmer le positionnement face à l aorte. Figure 3. Exemple illustrant l importance de rechercher la localisation œsophagienne où la vélocité aortique est la plus élevée possible. La valeur obtenue le plus loin dans l œsophage (panneau du bas) était double de celle obtenue au plus haut (panneau du haut). L alignement du faisceau Doppler avec le flux aortique peut varier avec la profondeur d insertion, comme cela est représenté sur le schéma de droite. Plus l angle est faible et plus grande sera la vitesse calculée, alors que la vélocité sanguine «réelle» est la même dans toutes les positions. Il faut donc impérativement vérifier que l on est toujours placé à l endroit fournissant la meilleure vitesse, seul moyen d être sûr que l on mesure une vraie variation hémodynamique et non l effet d un simple déplacement de la sonde. 239

Monitorage du volume d éjection systolique par Doppler œsophagien Le gain est ajusté pour obtenir un spectre Doppler bien défini. Une fois positionnée, la sonde peut être laissée telle quelle ou maintenue en place à l aide de fixateurs spéciaux. Néanmoins, les mobilisations du patient ou la déglutition peuvent être responsables d une perte ou d une altération du signal. Aussi, il est indispensable, avant toute acquisition de données, de vérifier que la position de la sonde est toujours optimale en modifiant très légèrement la rotation et la profondeur d insertion et en s assurant que l on obtient toujours un spectre bien défini, dont la vitesse maximale est la plus élevée possible. La perte spontanée du signal est très fréquente (un patient sur deux). Ceci est inhérent au caractère peu invasif de la méthode et implique de facto que le monitorage continu n est pas possible pour tous les patients. Par ailleurs, la présence d une sonde gastrique est exceptionnellement Baseline un obstacle à l obtention d un signal de vélocité sanguine aortique satisfaisant. Validité de la méthode Malgré les approximations utilisées, la validité de ce principe de mesure du débit a été établie par plusieurs travaux utilisant les différents appareils du marché [3-8] et confirmée par une mise au point récente [9]. La précision de la mesure du débit cardiaque obtenue par Doppler œsophagien n est ni meilleure ni pire que celle des techniques classiques (thermodilution, calorimétrie indirecte, échographie-doppler transthoracique) [4]. Cependant la reproductibilité de la mesure est plutôt meilleure avec le Doppler qu avec la thermodilution (8 vs 12 % respectivement) [3, 4]. Les valeurs absolues de débit sont donc 250 ml 125 ml 500 ml Figure 4. Effet d épreuves de remplissage itératives sur la mesure du volume d éjection systolique (gélatine, 125 ml 2, suivie par 250 ml). Les premiers 125 ml génèrent 27 % d augmentation du VES, de 60 à 76 ml. Les 125 ml suivants n entraînent que 18 % d augmentation (de 76 à 90 ml), alors que les derniers 250 ml n ont quasiment aucun effet (de 90 à 93 ml). 240

souvent peu précises, mais leurs variations mesurées par Doppler œsophagien sont au moins aussi fiables que celles mesurées par la thermodilution. VES (ml) 100 Utilisation du Doppler œsophagien pour guider le remplissage 75 En mesurant le débit et ses variations en réponse à des épreuves de remplissage, on peut construire la courbe de fonction cardiaque de chaque patient. En titrant les apports liquidiens par petites fractions on peut sans risque de surcharge déterminer la valeur maximale du débit (figure 4). Quand cette valeur est atteinte il faut arrêter le remplissage pour éviter toute congestion et ne reprendre les apports que lorsque le débit redescend en dessous de la valeur maximum. Il est clair que cette attitude ne s entend que si les variations de débit sont en rapport avec des variations de retour veineux (effet vasoplégiant des anesthésiques, saignement chirurgical...). Si la baisse du débit est liée à une défaillance cardiaque, le remplissage sera inefficace et délétère. Dans l immense majorité des situations, en dehors de cas particuliers (chirurgie cardiaque, patients insuffisants cardiaques...), les variations peropératoires du débit sont liées à des variations de retour veineux et peuvent être traitées par du remplissage et/ou des vasoconstricteurs (éphédrine ou néosynéphrine). Le Doppler est alors parfaitement adapté pour suivre l évolution du débit du patient et sa réponse aux différentes interventions. Une information importante fournie par le Doppler est que de très petites quantités de remplissage peuvent avoir un effet hémodynamique important (par exemple : + 25 % de volume d éjection systolique (VES) avec les 125 premiers ml sur l exemple de la figure 4). De plus, la répétition des épreuves de remplissage confirme bien que les premiers millilitres sont les plus efficaces pour augmenter le débit, comme l indique la courbe de fonction cardiaque (figure 5). Ainsi, l utilisation du Doppler œsophagien pour guider le remplissage permet d éviter les deux écueils que sont : l insuffisance d apport et l hypoperfusion qui peut en résulter ; l excès de remplissage et les complications congestives. A ce titre, la mesure du VES est un appoint majeur pour la conduite raisonnée du remplissage et le Doppler œsophagien la rend facilement accessible chez tout patient sédaté. Il a été montré que l utilisation peropératoire du monitorage du débit pour «titrer» le remplissage vasculaire jusqu à obtenir le meilleur volume d éjection systolique possible permettait d améliorer le pronostic des patients «à haut risque». Initialement proposé par Shoemaker [10], ce concept «d optimisation hémodynamique» a maintes fois montré son intérêt sur la prédiction de la 50 25 réduction de la morbidité. Certains auteurs l ont appliqué en utilisant le cathéter artériel pulmonaire pour guider le remplissage associé à d éventuelles catécholamines [10-12], mais un certain nombre de travaux ont reproduit des résultats tout aussi intéressants en utilisant le Doppler œsophagien et le remplissage seul [13-17]. Conclusion Le Doppler œsophagien est un outil simple et peu invasif permettant de monitorer le volume d éjection systolique et ses variations chez les patients devant être opérés sous anesthésie générale ou sédatés en réanimation. Son utilisation permet notamment de rationaliser l administration du remplissage vasculaire, ce qui modifie les pratiques habituelles des anesthésistes au bloc opératoire et semble améliorer le pronostic des patients chirurgicaux à haut risque. Références + 125 ml Epreuves de remplissage (ml) Figure 5. Construction de la courbe de fonction cardiaque résultant des épreuves de remplissage conduites chez le patient de la figure 4. On voit bien que le plateau de la courbe semble atteint à la fin du second bolus de 125 ml, indiquant que le remplissage ne doit pas être poursuivi sous peine d entraîner une congestion veineuse délétère sans amélioration de la perfusion systémique (stagnation du VES). 1. Cholley B. Monitorage du débit cardiaque par le Doppler œsophagien : principe, intérêt et limites. Réanimation 2002 ; 11 : 132-7. 2. Cholley BP, Singer M. Esophageal Doppler : Noninvasive cardiac output monitor. Echocardiography 2003 ; 20 : 763-9. 3. Singer M, Clarke J, Bennett ED. Continuous hemodynamic monitoring by esophageal Doppler. Crit Care Med 1989 ; 17 : 447-52. 4. Valtier B, Cholley BP, Belot JP, de la Coussaye JE, Mateo J, Payen D. Noninvasive monitoring of cardiac output in critically ill patients using transesophageal Doppler. Am J Respir Crit Care Med 1998 ; 158 : 77-83. 241

Monitorage du volume d éjection systolique par Doppler œsophagien 5. Lavandier B, Cathignol D, Muchada R, Bui Xuan B, Motin J. Noninvasive aortic blood flow measurement using an intraesophageal probe. Ultrasound Med Biol 1985 ; 11 : 451-60. 6. Cariou A, Monchi M, Joly LM, et al. Noninvasive cardiac output monitoring by aortic blood flow determination : evaluation of the Sometec Dynemo-3000 system. Crit Care Med 1998 ; 26 : 2066-72. 7. Su NY, Huang CJ, Tsai P, Hsu YW, Hung YC, Cheng CR. Cardiac output measurement during cardiac surgery : esophageal Doppler versus pulmonary artery catheter. Acta Anaesthesiol Sin 2002 ; 40 : 127-33. 8. Jaeggi P, Hofer CK, Klaghofer R, Fodor P, Genoni M, Zollinger A. Measurement of cardiac output after cardiac surgery by a new transesophageal Doppler device. J Cardiothorac Vasc Anesth 2003 ; 17 : 217-20. 9. Dark PM, Singer M. The validity of trans-esophageal Doppler ultrasonography as a measure of cardiac output in critically ill adults. Intensive Care Med 2004 ; 30 : 2060-6. 10. Shoemaker WC, Appel PL, Kram HB, Waxman K, Lee TS. Prospective trial of supranormal values of survivors as therapeutic goals in high risk surgical patients. Chest 1988 ; 94 : 1176-86. 11. Boyd O, Grounds RM, Bennett ED. A randomized clinical trial of the effect of deliberate perioperative increase of oxygen delivery on mortality in high- risk surgical patients. JAMA 1993 ; 270 : 2699-707. 12. Wilson J, Woods I, Fawcett J, et al. Reducing the risk of major elective surgery : randomised controlled trial of preoperative optimisation of oxygen delivery. BMJ 1999 ; 318 : 1099-103. 13. Mythen MG, Webb AR. Perioperative plasma volume expansion reduces the incidence of gut mucosal hypoperfusion during cardiac surgery. Arch Surg 1995 ; 130 : 423-9. 14. Sinclair S, James S, Singer M. Intraoperative intravascular volume optimisation and length of hospital stay after repair of proximal femoral fracture : randomized controlled trial. BMJ 1997 ; 315 : 909-12. 15. Venn R, Steele A, Richardson P, Poloniecki J, Grounds M, Newman P. Randomized controlled trial to investigate influence of the fluid challenge on duration of hospital stay and perioperative morbidity in patients with hip fractures. Br J Anaesth 2002 ; 88 : 65-71. 16. Gan TJ, Soppitt A, Maroof M, et al. Goal-directed intraoperative fluid administration reduces length of hospital stay after major surgery. Anesthesiology 2002 ; 97 : 820-6. 17. Conway DH, Mayall R, Abdul-Latif MS, Gilligan S, Tackaberry C. Randomised controlled trial investigating the influence of intravenous fluid titration using oesophageal Doppler monitoring during bowel surgery. Anaesthesia 2002 ; 57 : 845-9. 242