Explorations hémodynamiques invasives. Profils hémodynamiques des valvulopathies et des shunts PLAN Pressions et débits Valvulopathies Shunts intra-cardiaques
Cathétérisme cardiaque Consiste à introduire des cathéters par voie veineuse ou artérielle dans les gros vaisseaux et les cavités cardiaques et permet: 1) Mesure des pressions et des débits, 2) Opacification sélective des vaisseaux et des cavités cardiaques, 3) Traitement percutané (angioplastie coronaire, valvuloplastie, cardiopathies congénitales..). 4) Recherche des trajets anormaux, 5) Détection des shunts
I LES PRESSIONS Elles sont le résultat de la contraction cardiaque et varient tout le long du cycle cardiaque. Leur mesure est effectuée au moyen de: Micromanomètres internes situés en bout de sonde. Très fidèles (mesurent la pression totale régnant dans la cavité, sans retard de transmission). Limite: coût et fragilité Manomètres externes utilisés en pratique. Pression obtenue par transmission à travers la colonne de liquide contenue dans le cathéter et les raccords.
Les manomètres externes Ce sont les capteurs utilisés de façon courante. La pression mesurée est indépendante de la position de l extrémité de la sonde et dépend uniquement de la place du manomètre (choix du zéro de référence). Retard de transmission de 20-40 ms. Artéfacts dus aux vibrations provoquées par les mouvements du cathéter dans la cavité.
Zéro de référence Il est représenté par le point hydrostatique du système circulatoire, point au niveau duquel la pression mesurée est indépendante de la position du sujet. Les pressions sont mesurées par rapport à ce repère. Ce point est situé dans l oreillette droite, près de la valve tricuspide et n est en principe valable que pour la pression veineuse. Néanmoins utilisé dans le système à haute pression En pratique, il est repéré sur le thorax du patient au niveau de la ligne axillaire moyenne.
La pression intra-cavitaire La pression qui règne dans les vaisseaux et les cavités cardiaques résulte de: 1) La pression exercée par un fluide newtonien s écoulant en régime laminaire (dépendant du volume de sang contenu, de l élasticité des parois et de la pression dynamique si le fluide est en mouvement); 2) La pression exercée par la contraction du myocarde; 3) La pression intra-thoracique et le péricarde
Types de pressions enregistrées Artères Aorte Artère pulmonaire Oreillettes Ventricules
Pressions intracavitaires Les courbes de pression enregistrées dans des cavités homologues (oreillettes, ventricules et artères efférentes) sont comparables et les significations des différents accidents visibles sur les tracés sont les mêmes. La différence essentielle est représentée par le niveau de pression, qui est dicté par l impédance artérielle à laquelle est confronté chaque ventricule qui éjecte à chaque systole le même volume de sang dans chacune des 2 circulations, résistances basses dans la circulation pulmonaire, résistances élevées dans la circulation systémique.
Artères - Pression systolique: pic maximal de la pression systolique (pic d éjection) - - Pression diastolique: point le plus déclive de la courbe, correspond au début de la contraction ventriculaire. - - Pression moyenne - - Incisure catacrote: fermeture des sigmoides Incisure catacrote
Ventricules - Pression systolique: pic maximal de pression - Pression proto-diastolique: pression la plus basse, après l ouverture de la valve AV - Pression télé-diastolique: coïncide après la contraction auriculaire, au début de la contraction ventriculaire PProtoD PTéléD
Courbes simultanées des pressions Ao et VG durant le cycle cardiaque
Courbes de pression AO, VG et OG durant le cycle cardiaque Ejection Remplissage
Cathéter de Swan-Ganz: Mesure des pressions droites et du débit cardiaque
Oreillette droite
Oreillettes - Pression moyenne (en pratique) - Pression des différents accidents
Courbe de pression : Oreillette droite a: contraction auriculaire z: fermeture des valves auriculo-ventriculaires c: le sommet correspond à l ouverture des sigmoides x: dépression due au déplacement de l anneau AV v: remplissage systolique de l oreillette par le retour veineux y: dépression due à la vidange de l oreillette dans le ventricule après ouverture des valves AV
Ventricule droit
Courbe du VD
Artère pulmonaire
Courbe de pression : Artère pulmonaire Même morphologie que l aorte Pression systolique: 20-25 mmhg Pression diastolique: 10 mm Hg Pression moyenne: 12-15 mmhg
Capillaire pulmonaire
Pression capillaire On admet que la pression obtenue est le reflet direct de la pression qui règne dans l OG transmise à travers les veines pulmonaires, les capillaires pulmonaires et la partie distale de l artériole pulmonaire correspondante.
Courbe de pression capillaire pulmonaire Onde a Onde v Morphologie comparable à celle de l OD mais les différents accidents, transmis avec un retard de 20 à 90 ms, y sont moins nettement individualisés. On distingue normalement onde «a» et «v». Niveau de pression légèrement supérieur à celui de l OD. Maxima: 12 mmhg Minima: 3 mmhg Moyenne: 6-8 mmhg
Valeurs normales des pressions
II. Débit cardiaque = Volume de sang (L) éjecté par un ventricule (droit ou gauche) en une minute
Débit cardiaque: Méthodes de mesure Repose sur l étude d un indicateur circulant dont on peut facilement déterminer la concentration et qui se comporte comme le vecteur fluide étudié: Naturel: Oxygène ou gaz carbonique dans la méthode de Fick Artificiel: Isotopes radioactifs, colorants, soluté froid dans les méthodes de dilution. Thermodilution: seule méthode couramment utilisée
Méthodes de DILUTION Principe: «injection rapide d un indicateur artificiel dans la circulation et enregistrement des variations de concentration de celui-ci». Principe de Stewart et Hamilton Les indicateurs: Indicateurs colorés: vert d indocyanine Le froid (méthode de thermodilution)
Méthode de THERMODILUTION Consiste à mesurer les variations de température du sang induites par l injection d un embol de soluté froid. Une thermo-résistance placée en bout de cathéter dans l artère pulmonaire permet d enregistrer la courbe, l injection de soluté froid étant faite dans l oreillette droite.
Courbe de dilution
Validité, avantages, inconvénients Précision: + 10% Moyenne d au moins 3 mesures concordantes Thermodilution: méthode de choix Causes d erreur: fuite tricuspidienne (augmente le reflux) très bas débit
Résultats Valeur au repos: 5 à 6 l/min pour un adulte de taille et de poids moyen Index cardiaque (IC) est le débit cardiaque rapporté au mètre carré de surface corporelle (S) IC = QC/SC (l/min/m 2 ) Valeurs moyennes normales: homme: 3,5 + 0,3 l/min/m 2 femme: 3,2 + 0,3 l/min/m 2
Modifications physiologiques du débit cardiaque Résultent des modifications de fréquence cardiaque et/ou du volume d éjection systolique. Diminue Augmente - > 30 ans - post-prandiale - Position assise - fièvre - Hypothermie - anémie, émotion, gestation, altitude, exercice (60 l/min)
III. VALVULOPATHIES RA IA RM IM RT IT - Niveaux de pression, - Morphologie, - Etude des gradients permettent souvent à eux seuls le diagnostic et l évaluation de la gravité.
Le Rétrécissement Aortique
Rétrécissement aortique dégénératif calcifié CALCIFICATIONS : indicateur de sévérité en scopie
Courbes de pression : VG-AO Ascension lente et tardive de la pression aortique avec sommet retardé unique et tardif. Élévation pression systolique VG Gradient VG-AO: Pic à pic Instantané Moyen Surface aortique (Gorlin) Élévation PTDVG Courbes simultanées VG et Ao
III. Calcul de la surface fonctionnelle des orifices Principe: «le passage d un fluide à travers un orifice a pour conséquence une perte de charge (ou de pression) qui est fonction de la surface fonctionnelle de l orifice et du débit transorificiel». S = F/k P Formule de Gorlin S = surface de l orifice en cm 2 F = flux transorificiel en cm3/sec K = constante empirique pour chaque orifice P = gradient moyen de pression transorificiel en mmhg
Surface de l orifice aortique Formule de Gorlin SAo = Flux AO syst 44,5 x gradient moyen VG-AO - Flux aortique systolique = débit cardiaque TES (TES: temps d éjection systolique du VG en sec/min) - 44,5: constante k pour l orifice aortique
Formule simplifiée de Hakki SAo = QC gradient systolique VG-Aorte (mmhg)
Limites et valeur normale de la formule de Gorlin pour l orifice aortique Fuite aortique Valeur normale: 2,6 3,5 cm 2 chez l adulte normal
RECOMMANDATIONS EUROPEENNES RA sévère: SA < 1 cm² ou < 0,6 cm²/m²
Gradient : 100 mmhg Surface Ao : 0,5 cm 2 Exemple de RA serré Courbes simultanées VG-AO
Après implantation d une valve percutanée SA finale: 1,9 cm² PRE POST
L Insuffisance Aortique
Angiographie sus-sigmoïdienne aortique (0AG) IA importante (grade 3)
Classification de Sellers +: ++: +++: ++++: léger reflux diastolique dans le VG. Le produit de contraste est lavé à chaque systole. opacification modérée de tout le VG, qui persiste à la systole suivante. densité VG < aorte. opacification dense de tout le VG. densité VG = aorte opacification du VG dès la première diastole. Densité VG > AO Classification subjective (position du cathéter, volume et vitesse d injection)
Insuffisance aortique Décroissance rapide de la pression Ao Disparition de l incisure catacrote Diminution de la pression diastolique de l aorte (augmentation de la différentielle) Élévation de la PTDVG
Insuffisance aortique Pression diastolique Ao : 40 mmhg, Elargissement de la différentielle
Le Rétrécissement Mitral
Rétrécissement mitral serré SM = 0.95 cm 2
Courbes de pression VG OG Élévation pression moyenne OG (>10 mmhg) avec augmentation des ondes «a» et «v» Pression VG normale Gradient de pression diastolique VG-OG Surface mitrale (Gorlin) mmhg 40 30 20 OG Gradient diastolique VG-OG RM serré: SM < 1,5 cm 2 10 0 VG
Autres modifications Débit cardiaque normal ou diminué à l état de base. Augmente insuffisamment à l effort. Augmentation des pressions dans la petite circulation: PCP suit passivement l élévation de la pression OG Idem pour la pression AP avec une différence entre pression moyenne de l AP et PCP < 15 mm Hg, témoin d une HTAP post-capillaire. Dans certains cas, il y a HTAP pré mixte, pré- et post capillaire témoignant de lésions artériolaires habituellement réversibles après levée du barrage mitral.
Surface de l orifice mitral S (cm2) = Flux mitral 31 x P (mmhg) Flux valvulaire mitral (cm 3 /sec) = QC/TRD - QC: débit cardiaque (l/min) - TRD: temps de remplissage diastolique en sec/min (obtenu par FC x période diastolique de remplissage) - P = gradient de pression OG -VG (pression moyenne OG- pression diastolique moyenne VG)
Calcul de la surface mitrale: causes d erreur et valeurs normales Limite:fuite mitrale Valeur normale : 4 à 6 cm 2 RM serré si SM < 1,5 cm²
L Insuffisance Mitrale
INSUFFISANCE MITRALE Angiographie VG en OAD
INSUFFISANCE MITRALE Angiographie VG en OAG
Classification de Sellers +: ++: +++: ++++: régurgitation minime de produit de contraste qui se lave à chaque cycle régurgitation modérée opacifiant complètement mais faiblement l OG et ne se lavant pas complètement à chaque systole régurgitation volumineuse remplissant complètement l OG avec une densité = VG régurgitation massive opacifiant l OG en une systole avec accentuation du reflux à chaque systole et reflux dans les VP
Signes indirects mmhg 40 Onde V mmhg 40 30 30 20 20 10 10 Capillaire Pulmonaire Artère Pulmonaire
Signes indirects mmhg 40 Onde V mmhg 40 30 30 ASPECT NORMAL DU CP 20 20 10 10 Capillaire Pulmonaire
Onde «v» dans l IM L onde «v» est physiologique = remplissage de l oreillette par le retour pulmonaire. Dans l IM, l onde «v» = onde «v» normale + régurgitation anormale VG-OG Mais, l onde «v» est liée à la compliance de l OG et au reflux de sang du VG vers l OG: Si l OG est très dilatée, l onde «v» est petite; Si l IM est aiguë, l onde «v» est très marquée (jusqu à 80 mm Hg)
Autres modifications Dans l IM chronique volumineuse, le tableau comporte: Baisse du débit cardiaque (surtout en FA) Élévation pression OG (CP) avec une onde «v» marquée dans 94% des cas Élévation pression AP (41/28 en moyenne) Élévation PTDVG Dans l IM aiguë, l élévation est plus forte avec un IC peu abaissé. Les ondes «v» sont très marquées.
IV. Les shunts intracardiaques La détection et la localisation des shunts peut être faite au moyen de: Oxymétrie Angiographie Echocardiographie +++ Le trajet anormal du cathéter signale une communication anormale qui a été franchie. L enregistrement des pressions, les oxymétries et l angiographie permettent de faire le diagnostic.
Valeurs normales des saturations en oxygène dans la circulation gauche Le sang est oxygéné dans les poumons. Dans les capillaires, les VP, l OG, le VG, et les artères systémiques, le sang est bien saturé en oxygène: il est dit «artériel». Valeur normale de la saturation en oxygène: 95% (entre 100 et 93%) Veine pulmonaire = 99% OG VG 96% AO ou artère systémique
Valeurs normales des saturations en oxygène dans la circulation droite Dans les veines périphériques, les veine cave, l OD, le VD, l AP et ses branches, le sang est «désaturé», pauvre en oxygène. Il est dit «veineux». VCS = 74% (70-80%) VCI = 78% (74-85%) plus élevée, du fait du retour fortement saturé des veines rénales. OD = 70 à 76% VD = 75% (73-77%) AP (sang veineux mêlé) = 75%
Les shunts intra-cardiaques Le système circulatoire comprend 2 circuits, pulmonaire et systémique, dont les débits sont à peu près égaux. Le «sang veineux», qui arrive par les VC, et passe de l OD dans le VD et l AP a un contenu en oxygène bas. Le sang oxygéné dans les poumons, «sang artériel» a un contenu en oxygène élevé. Un court-circuit ou shunt est le passage anormal: De sang artériel dans le circuit veineux: shunt G-D De sang veineux dans le circuit artériel: shunt D-G Dans les 2 sens: shunt croisé
Détection des shunts par oxymétries Le diagnostic d un shunt GAUCHE-DROIT repose sur l existence d un enrichissement en O2 dans les cavités situées en aval du shunt, par rapport aux cavités situées en amont. Un shunt DROIT-GAUCHE entraînera une désaturation du sang artériel périphérique dans les cavités situées en aval du shunt. Détection plus difficile. Cause d erreur: atteinte du parenchyme pulmonaire ou un trouble de la diffusion disparaissant sous oxygène pur à l inverse du shunt où la désaturation persiste.
Diagnostic des shunts G-D On compare une valeur théorique du contenu en O² de l AP (Cvth) au contenu réel en O² (mesuré) de l AP: Cvth = (2Cvci + Cvcs)/3 Si le contenu réel est supérieur au Cvth; il y a shunt G-D Formule plus précise tenant compte de l ensemble du retour veineux cave en supposant que le débit VCI est double du débit VCS.
Quantification des shunts La détermination du rapport de débit (QP/QS) est un moyen d évaluer l importance d un shunt. D après Fick: QP = VO²/(CVPO² CAPO²) QS = VO²/(CaO² CvO²) CVPO2: contenu en O² de la veine pulmonaire CAPO2: contenu en O² dans l AP CaO2: contenu artériel en O² CvO2: contenu du sang veineux mêlé en O² dans l AP
Méthodes et unités de mesure La teneur en O² d un échantillon peut être exprimée: Pression partielle de l O2 dans le sang (mm Hg ou kpa) Saturation en oxygène exprimée en %; concerne l O2 transporté par l Hb Contenu en O2: quantité réelle d O2 contenue dans l échantillon (exprimé en volumes; ml d oxygène pour 100 ml de sang)
Quantification d un shunt G-D QP/QS = (CVPO² CAPO²)/(CaO² CvO²) Chez le sujet normal: CvO2 = CAPO2 et QP = QS En cas de shunt G-D: CvO2 est différent de CAPO2 et doit être remplacé par Cvth (= 2VCI + VCS/3) Formule simplifiée: QP/QS = CaO² CvthO² / CaO² - CAPO²
Quantification des shunts G-D QP = CaO² CvthO² QS CaO² - CAPO² Contenu (Vol) = Sat% x Capacité (Hb g X 1,3) QP = Sat% artère Sat% retour veineux théor. QS Sat% artère Sat % AP AVEC: Retour veineux = (2VCI + VCS)/3 AP = (APtr + APg + Apd)/3 1-1,5: petit shunt G-D > 2: large shunt G-D
V. La notion de pression moyenne Elle est obtenue soit par un calculateur intégré dans le module d enregistrement de la pression, soit plus simplement par amortissement de la courbe de pression. Elle suppose que l écoulement est permanent. Elle est déterminée dans les artères, les veines, les oreillettes, mais non dans les ventricules considérés comme des structures à débit intermittent.
La notion de pression moyenne Dans le système à haute pression (aorte et artères périphériques), la pression artérielle moyenne est la même tout le long de l arbre artériel. La pression aortique moyenne est voisine de l incisure catacrote de la courbe de pression de l aorte initiale et de la pression télésystolique du VG.
Utilisation de la pression moyenne Utilisée dans le calcul des résistances vasculaires à l écoulement. Ces résistances peuvent être calculées pour la circulation systémique et la circulation pulmonaire en appliquant la loi de Poiseuille: R = P/Q - R: résistance - P: différence des pressions moyennes entre l entrée et la sortie - Q: débit cardiaque
Calcul des résistances Résistances artériolaires pulmonaires: R = (PAP PCP) x 1332 /QC (P en mm Hg; QC en cm3/sec) Normale = 150 dynes.cm-5.sec (/80 = Woods) Résistances systémiques: R = (PAo POD) x 1332/QC Normale = 1000 à 1500 dynes.cm-5.sec
Test de réversibilité à la Dobutamine But: Déterminer la part entre HP fixée et réversible quand les résistances pulmonaires basales sont élevées RVP > 6 UW au repos, > 3 UW après le test et un gradient transpulmonaire > 15mmHg: risque très élevé de défaillance cardiaque droite du greffon L augmentation du débit cardiaque diminue les RVP par le recrutement de capillaires pulmonaires non fonctionnels et leur distension. Dobutamine: action modeste sur le tonus vasculaire pulmonaire avec effet combiné agonisme-antagonisme alpha 1 et stimulation bêta 2. Il en résulte une vasodilatation discrète pour les faibles doses et une vasoconstriction pour les doses élevées de Dobutamine. Perfusion débutée à 5 gamma/kg/mn. Mesures de pressions prises après 5-10mn (pas de protocole standardisé), puis si nécessaire, augmenter par paliers de 5δ jusqu à 30gamma/kg/mn. Test simple mais long et imparfait.
VI. Autres Exemples
Ballon de contrepulsion intra-aortique
Ballon de contrepulsion intra-aortique
Courbes VG Ao dans la CMO
Constriction péricardique Courbe ventriculaire DIP-PLATEAU Egalisation pressions diastoliques
La différence artério-veineuse en oxygène Les prélèvements d échantillon de sang dans une artère périphérique et dans l artère pulmonaire sont à la base de la mesure du débit cardiaque par la méthode de Fick. La différence de contenu en oxygène entre ces 2 prélèvements définit la différence artério-veineuse en oxygène. Celle-ci est comprise entre 4 et 5 ml d oxygène pour 100 ml de sang chez un sujet normal au repos. DAV x QC = consommation d oxygène
Diagnostic des shunts G-D en fonction de l enrichissement en O2 SaO2 (%) Contenu O2 Siège Diagnostic (pour 100 ml) 9% 2 vol VCS RVPA 9% 2 vol OD CIA, RVPA, fistule 5% 0,8 vol VD CIV, CIA basse 5% 0,8 vol AP CA, fistule Ao-Pulm - - VD + AP CIV, CIV+CA Méthode peu sensible, ne peut détecter que les shunts d une certaine importance.
Contenu en oxygène chez le sujet normal Chez le sujet normal ayant une capacité de 20 volumes, c.a.d 20 ml d oxygène dans 100 ml de sang: - le sang artériel saturé à 96%, contient 19,2 volumes d oxygène (0,96 X 20= 19,2) - le sang veineux mêlé saturé à 75%, contient 15 volumes d oxygène (0,75 X 20= 15)
Oxymétries intracardiaques Le recueil d échantillons sanguins à l intérieur des cavités cardiaques permet de localiser les shunts et de les quantifier. L oxymétrie permet également de calculer la différence artério-veineuse en oxygène.
Oreillette droite (OD) Onde «a»: suit l onde P de l ECG. Reflet de la systole mécanique de l OD (Durée: 80 ms; amplitude: 4 mm Hg). Disparaît en cas de FA. Creux «z»: fermeture de la valve tricuspide. Marque la séparation des courbes de pression auriculaire et ventriculaire droite. Onde «c»: Reflet de la phase de contraction isovolumique du VD. (Durée brève; amplitude faible). Le sommet correspond à l ouverture des sigmoides pulmonaires et au début de l éjection ventriculaire. Creux «x»: en même temps que l onde T de l ECG. Synchrone de la 1ère phase de l éjection ventriculaire (le VD attire l anneau vers le bas et crée une dépression dans l OD) Onde «v»: pendant l intervalle T-P de l ECG. Correspond à la fin de l éjection du VD. Le sommet correspond au croisement des courbes de pression OD et VD, lorsque s ouvre la valve tricuspide. Creux «y»: correspond à la phase de relaxation du VD pendant laquelle le remplissage rapide crée une dépression brusque dans les 2 cavités. Phase de diastasis entre le creux «y» et l onde «a» suivante correspond au remplissage lent du ventricule.
Pression de l oreillette gauche Courbe comparable à celle de l OD avec un niveau de pressions supérieur: onde «a»: 10 mmhg creux «x»: 4 mmhg onde «v»: 8 mmhg creux «y»: 2 mmhg Pression moyenne : 6-8 mmhg
IA: Physiopathologie
IM: physiopathologie
Principe de la méthode de FICK Indicateur: oxygène (transport à travers les poumons) Le débit dans un organe peut être calculé si une substance est ajoutée ou soustraite du sang pendant la traversée de cet organe. Dans la circulation pulmonaire passe en principe le débit sanguin total. En connaissant la quantité d O² consommée et le contenu du sang en O² à l entrée et à la sortie du poumon (sang veineux mêlé arrivant ds l AP et artère périphérique), il est possible de calculer la quantité de sang qui a traversé les poumons selon l équation: QC = VO²/(CaO² Cv O²) VO²: consommation d O² en l/min CaO²: contenu en O² du sang artériel en ml pour 100 ml de sang; CvO²: contenu en O2 du sang veineux mêlé
Représentation schématique du principe de Fick
Réalisation pratique Sujet à jeun (> 12h), au repos Consommation d O² mesurée sur 5 à la bouche et reportée par minute. CvO² obtenu par prélèvement dans l AP CaO² mesuré dans une artère périphérique Méthode de Fick: référence mais application délicate