Lors du choix d’un dispositif de surveillance du débit cardiaque à usage clinique, différents facteurs jouent un rôle (tableau 1): Les facteurs institutionnels peuvent limiter largement le choix des dispositifs disponibles. D’autre part, des facteurs importants liés au dispositif, par exemple le caractère invasif (figure 1), peuvent restreindre la zone d’application. De plus, les conditions spécifiques du patient peuvent dicter l’utilisation d’un dispositif invasif ou d’un dispositif mini- ou non invasif particulier.

Surveillance invasive du débit cardiaque

Le PAC était la norme clinique pour la surveillance du débit cardiaque depuis plus de 20 ans et la technique a été largement étudiée. Ses complications sont bien connues et malgré les développements de ces dernières années, le PAC a un rôle distinct dans les soins aux patients. Un examen approfondi dépasse le cadre de cet article, mais certains aspects et limitations techniques doivent être notés: La mesure du débit cardiaque par thermodilution intermittente de l’artère pulmonaire, basée sur le principe de Stewart-Hamilton, est considérée comme la  » norme de surveillance du débit cardiaque de référence » à laquelle tous les nouveaux appareils de mesure du débit cardiaque sont comparés. Cependant, la dépendance de l’opérateur, diverses affections du patient (par exemple, insuffisance valvulaire mitrale ou tricuspide, shunt) ou un mauvais placement du PAC peuvent influencer l’évaluation fiable du débit cardiaque. En revanche, l’évaluation continue du débit cardiaque peut surmonter certaines de ces limitations

. Le chauffage intermittent du filament thermique induit des changements de température de l’artère pulmonaire qui sont mesurés via une thermistance distale et adaptés au signal d’entrée. Sur la base de la corrélation croisée des signaux d’entrée et de sortie, des valeurs de débit cardiaque intermittentes sont produites à partir d’une courbe de lavage par thermodilution. Ces valeurs sont ensuite moyennées pour l’affichage des lectures continues du débit cardiaque, ce qui entraîne un temps de réponse retardé de plusieurs minutes après l’induction des changements du débit cardiaque (par exemple, pour les cathéters Opti-Q ™, Abbott, Abbott Park, IL et Vigilance™, Edwards LifeSiences, Irvine, CA). Un cathéter de débit cardiaque continu à réponse rapide (TRUCCOM ™, Omega Critical Care, East Klibride, GB) permet une surveillance continue du débit cardiaque plus synchronisée. Les variables hémodynamiques supplémentaires qui peuvent être évaluées via PAC et qui sont le plus souvent utilisées sont les pressions de remplissage conventionnelles, les pressions des artères pulmonaires et la saturation en oxygène veineux mixte (SvO2). Par conséquent, le PAC est toujours indiqué lorsqu’une surveillance supplémentaire des pressions de l’artère pulmonaire et de la SvO2 est souhaitable. Il est également indiqué dans les situations où des techniques moins invasives sont contre-indiquées ou ne fournissent pas de valeurs précises du débit cardiaque.

Surveillance du débit cardiaque mini-invasive

Les dispositifs de surveillance du débit cardiaque mini-invasive utilisent l’un des quatre principes principaux pour mesurer le débit cardiaque: Analyse du contour du pouls, technologie Doppler pulsé, principe de Fick appliqué et bioimpédance / bio-réactance. En outre, les dispositifs qui utilisent l’analyse de contour d’impulsion peuvent également être classés en systèmes étalonnés et non étalonnés.

Analyse de la pression d’impulsion

L’analyse de la pression d’impulsion est basée sur le principe que SV peut être estimée en continu en analysant la forme d’onde de pression artérielle obtenue à partir d’une ligne artérielle. Les caractéristiques de la forme d’onde de la pression artérielle sont affectées par l’interaction entre SV et la compliance vasculaire individuelle, l’impédance aortique et la résistance artérielle périphérique. Pour une mesure fiable du débit cardiaque à l’aide de tous les appareils utilisant la technologie d’analyse de la pression pulsée, un signal de forme d’onde artérielle optimale (p. ex., éliminant l’amortissement ou la résonance accrue des tubes) est une condition préalable. De plus, on ne saurait trop insister sur le fait que des arythmies sévères peuvent réduire la précision de la mesure du débit cardiaque et que l’utilisation d’une pompe à ballonnet intra-aortique empêche les performances adéquates du dispositif. De plus, l’analyse de la pression pulsée peut être d’une précision limitée pendant les périodes d’instabilité hémodynamique, c’est-à-dire des changements rapides de la résistance vasculaire. Cela peut notamment poser un problème pour l’analyse de la pression d’impulsion non étalonnée. En revanche, l’analyse calibrée de la pression d’impulsion peut nécessiter un recalibrage fréquent pour une estimation précise du débit cardiaque dans ces situations. Un nombre croissant d’appareils étalonnés et non étalonnés qui mesurent le débit cardiaque sur la base de la méthode d’analyse de la pression d’impulsion sont disponibles.

Système PiCCOplus™ (Pulsion Medical Systems, Munich, Allemagne): Le système PiCCO™ utilise un cathéter dédié à pointe de thermistance, qui est généralement placé dans l’artère fémorale, afin d’évaluer la SV sur une base de battement à battement. Alternativement, un cathéter radial ou brachial peut être utilisé, mais ces cathéters doivent être plus longs que le cathéter fémoral pour une évaluation adéquate du signal d’onde de pression artérielle aortique. L’étalonnage du débit cardiaque par thermodilution transpulmonaire nécessite l’insertion d’une ligne veineuse centrale. Le processus d’étalonnage est également utilisé pour l’ajustement de l’impédance aortique individuelle et doit être répété toutes les huit heures chez les patients hémodynamiquement stables. Cependant, lors de situations d’instabilité hémodynamique, l’étalonnage doit être effectué plus fréquemment (éventuellement toutes les heures). Néanmoins, diverses études ont validé avec succès le système PiCCOplus ™ dans différentes populations de patients.

Le lancement d’un dispositif non calibré de Pulsion Medical Systems, le système PulsioFlex™, est attendu en 2011. Le système nécessitera un capteur supplémentaire spécifique, qui peut être connecté à un ensemble de surveillance de la pression artérielle invasive régulière.

Système LiDCO™ plus et LiDCO™rapid: Les systèmes LiDCO™plus et LiDCO™rapid (LiDCO Ltd, Londres, Royaume-Uni) utilisent le même algorithme de pression d’impulsion (PulseCO™) pour suivre les changements continus de SV. Cet algorithme est basé sur l’hypothèse que le changement de puissance net dans le système en un battement de cœur est la différence entre la quantité de sang entrant dans le système (SV) et la quantité de sang qui s’écoule en périphérie. Il utilise le principe de conservation de la masse (puissance) et suppose qu’après correction de la conformité, il existe une relation linéaire entre netpower et netflow. Par conséquent, les systèmes LiDCO doivent être considérés comme des techniques d’analyse de puissance d’impulsion. Le LiDCO ™plus nécessite un étalonnage utilisant la technique de dilution de l’indicateur de lithium transpulmonaire, qui peut être effectuée via une ligne veineuse périphérique. En revanche, le LiDCO™rapid utilise des nomogrammes pour l’estimation du débit cardiaque. Les études cliniques ont démontré une estimation fiable du débit cardiaque à l’aide de PulseCO tant qu’aucun changement hémodynamique majeur n’est observé. En ce qui concerne le LiDCO ™ plus, la fiabilité du système d’étalonnage au lithium peut être affectée négativement par des doses maximales élevées de myorelaxants, qui réagissent de manière croisée avec le capteur au lithium. Cela peut être résolu si l’étalonnage du lithium est effectué avant ou 30 minutes après l’administration d’un myorelaxant. Le système LiDCO™plus, associé à un protocole de traitement hémodynamique (ciblant un apport d’oxygène > de 600 ml/min/m2, s’est révélé associé à une réduction des complications et de la durée du séjour à l’hôpital chez les patients après une chirurgie générale majeure. L’indication principale du LiDCO™rapid non étalonné est son utilisation périopératoire pour l’optimisation de la VSV. Par conséquent, l’analyse de la tendance Lidcorapide est plus importante que les valeurs absolues du débit cardiaque (qui peuvent différer par rapport au débit cardiaque évalué par PAC).

Système FloTrac™/Vigileo™: Le système FloTrac™/Vigileo™ (Edwards LifeSciences, Irvine, USA) nécessite un transducteur exclusif, le FloTrac™, qui est fixé à un cathéter artériel radial ou fémoral standard non exclusif et est connecté au moniteur Vigileo™. Le système FloTrac™/Vigileo™ ne nécessite pas d’étalonnage. Pour estimer le débit cardiaque, l’écart-type de la pression d’impulsion échantillonnée pendant une fenêtre de temps de 20 secondes est corrélé avec la VS « normale » sur la base des données démographiques du patient (âge, sexe, taille et poids) et d’une base de données intégrée contenant des informations sur le débit cardiaque évalué par le PAC dans divers scénarios cliniques. L’impédance est également dérivée de ces données, tandis que la compliance vasculaire et la résistance sont déterminées à l’aide d’une analyse de la forme d’onde artérielle. Après des résultats contradictoires d’études de validation précoce, l’algorithme du débit cardiaque a été modifié à plusieurs reprises au cours des 5 dernières années. Cela a entraîné une amélioration des performances principalement en milieu périopératoire. D’autres modifications logicielles ont permis de résoudre le problème de la précision limitée dans les situations hyperdynamiques et les données préliminaires ont montré une amélioration des mesures du débit cardiaque dans ces conditions spécifiques. Cependant, la précision du dispositif lors de changements hémodynamiques rapides reste une préoccupation majeure. Néanmoins, une étude utilisant le système Flotrac™ / Vigileo™ pour l’optimisation hémodynamique peropératoire a récemment démontré une diminution du taux de complications et une durée de séjour à l’hôpital réduite.

Un nouveau dispositif de surveillance du débit cardiaque basé sur l’analyse de la pression pulsée, calibré par thermodilution transpulmonaire – le système EV 1000™/VolumeView™ d’Edwards Lifesciences – est en cours de test et sera bientôt commercialisé pour son utilisation dans la pratique quotidienne.

Méthode analytique d’enregistrement de pression (LANDAU): Une autre méthode pour estimer SV en continu sans étalonnage est le PRAM-MostCare® (Vytech, Padoue, Italie), qui est basé sur une évaluation mathématique du signal de pression obtenu à partir d’une ligne artérielle sans étalonnage. LANDAU a été jusqu’à présent validé dans un modèle porcin sous divers états hémodynamiques et chez des humains subissant une chirurgie cardiaque. Semblable à d’autres appareils qui utilisent l’analyse de contour d’impulsion, la précision du débit cardiaque dérivé du LANDAU est affectée par la qualité du signal de pression et par des facteurs qui interfèrent avec la capacité de détecter un signal de pression.

Nexfin™ : Le Nexfin™HD (BMEYE B.V, Amsterdam, Pays-Bas) est un appareil d’analyse de la pression impulsionnelle totalement non invasif qui évalue la pression impulsionnelle à l’aide d’une pléthysmographie photoélectrique en combinaison avec une technique de pince volumétrique (manchette gonflable). Le débit cardiaque est dérivé à l’aide de la méthode dite du modèle-flux (simulation d’un modèle Windkessel à trois éléments). En ce qui concerne la validation de l’appareil, seules des données publiées limitées sont disponibles.

Dispositifs de surveillance du débit cardiaque Doppler

Le débit cardiaque peut être estimé de manière non invasive à l’aide de sondes Doppler œsophagiennes ou transthoraciques. Les dispositifs Doppler œsophagiens mesurent le flux sanguin dans l’aorte descendante et estiment le débit cardiaque en multipliant la section transversale de l’aorte par la vitesse du flux sanguin. Le diamètre aortique est obtenu à partir d’un nomogramme intégré ou par mesure directe en utilisant l’échocardiographie en mode M. Plusieurs sondes Doppler œsophagiennes sont disponibles dans le commerce: ODM II™ (Abbott, Maidenhead, Royaume-Uni), CardioQ™ (Deltex Medical Ltd, Chichester, Sussex, Royaume-Uni) et HemoSonic100 ™ (Arrow, Reading, PA, États-Unis). Ce dernier dispositif est une combinaison d’un Doppler et d’une sonde en mode M, dont la production a été arrêtée récemment. Il existe plusieurs limitations pour l’utilisation des dispositifs Doppler œsophagiens. Tout d’abord, le dispositif mesure le flux sanguin dans l’aorte descendante et suppose une partition fixe entre le flux vers les vaisseaux céphaliques et vers l’aorte descendante. Bien que cela puisse être valable chez des volontaires sains, cette relation peut changer chez les patients présentant des comorbidités et dans des conditions d’instabilité hémodynamique. Deuxièmement, les sondes Doppler sont plus petites que les sondes d’échocardiographie transoesophagienne conventionnelles et leur position peut changer involontairement, limitant ainsi l’évaluation continue du débit cardiaque. Étant donné que la position de la sonde est cruciale pour obtenir une mesure précise du flux sanguin aortique, cet appareil dépend de l’opérateur et des études ont montré que 10 à 12 insertions sont nécessaires pour obtenir des mesures précises avec une variabilité intra et inter-observateurs de 8 à 12%. De plus, la section transversale de l’aorte n’est pas constante mais plutôt dynamique chez n’importe quel patient. Ainsi, l’utilisation d’un nomogramme peut entraîner une estimation du débit cardiaque moins précise. Malgré certaines limitations des dispositifs Doppler œsophagiens, leur utilité semble confirmée par plusieurs études d’optimisation hémodynamique périopératoires qui ont constamment démontré une réduction des taux de complications et de la durée du séjour à l’hôpital.

Alternativement à la voie œsophagienne, l’approche transthoracique peut être utilisée pour évaluer le débit cardiaque, bien que de manière intermittente. Le dispositif USCOM™ (USCOM, Sidney, Australie) cible les valves pulmonaires et aortiques accessibles par les fenêtres parasternales et suprasternales afin d’évaluer le débit cardiaque de manière totalement non invasive. Les études de validation ont révélé des résultats contradictoires, qui pourraient s’expliquer principalement par le problème inhérent à la détection de signaux variables.

Principe Fick appliqué

Recyclage partiel du CO2: Le système NICO ™ (Nova-metrix Medical Systems, Wallingford, États-Unis) applique le principe Fick au dioxyde de carbone (CO2) afin d’obtenir une mesure du débit cardiaque chez des patients intubés, sous sédatifs et ventilés mécaniquement à l’aide d’une boucle de respiration jetable exclusive fixée au circuit du ventilateur. Le système NICO™ se compose d’un capteur infrarouge à flux principal pour mesurer le CO2, d’un capteur de flux d’air jetable et d’un oxymètre de pouls. La production de CO2 est calculée comme le produit de la concentration de CO2 et du débit d’air au cours d’un cycle respiratoire, tandis que la teneur en CO2 artériel est dérivée du CO2 de fin de marée et de sa courbe de dissociation correspondante. Toutes les trois minutes, un état de re-respiration partiel est généré à l’aide de la boucle de re-respiration attachée, ce qui entraîne une augmentation du CO2 en fin de marée et une réduction de l’élimination du CO2. En supposant que le débit cardiaque ne change pas de manière significative entre les états normal et re-respiratoire, la différence entre les rapports normal et re-respiratoire est utilisée pour calculer le débit cardiaque. Il y a plusieurs limites à cet appareil, y compris la nécessité d’une intubation et d’une ventilation mécanique avec des réglages de ventilateur fixes et des anomalies minimales d’échange de gaz. Les variations des réglages du ventilateur, la respiration spontanée assistée mécaniquement, la présence d’une fraction de shunt pulmonaire accrue et l’instabilité hémodynamique ont été associées à une diminution de la précision. Ainsi, cette technique peut être appliquée dans un cadre clinique précisément défini aux patients ventilés mécaniquement uniquement.

Densitométrie de colorant pulsé : L’analyseur DDG-330® (Nihon Kohden, Tokyo, Japon) permet une mesure intermittente du débit cardiaque basée sur une dilution de colorant transpulmonaire avec détection de signal transcutané adaptée de l’oxymétrie de pouls (densitométrie de colorant pulsé) : La concentration en vert d’indocyanine (ICG) est estimée dans le flux sanguin artériel par des mesures optiques d’absorbance après son injection veineuse. Le débit cardiaque est calculé à partir de la courbe de dilution du colorant selon le principe de Stewart-Hamilton. Malheureusement, une variété de facteurs, par exemple une vasoconstriction, un œdème interstitiel, un mouvement ou des artefacts de lumière ambiante, peuvent limiter l’évaluation fiable du débit cardiaque intermittent.

Bioimpédance et bioréactance

La bioimpédance électrique utilise la stimulation par courant électrique pour identifier les variations d’impédance thoracique ou corporelle induites par des changements cycliques du flux sanguin causés par le battement du cœur. Le débit cardiaque est estimé en continu à l’aide d’électrodes cutanées (BioZ®, CardioDynamics, San Diego, USA) ou d’électrodes montées sur un tube endotrachéal (ECOM™, Conmed Corp, Utica, USA) en analysant la variation du signal avec différents modèles mathématiques. Malgré de nombreux ajustements des algorithmes mathématiques, les études de validation clinique continuent de montrer des résultats contradictoires.

Récemment, cependant, Bioreactance® (NICOM®, Cheetah Medical Ltd, Maidenhead, Berkshire, Royaume-Uni) une modification de la bioimpédance thoracique a été introduite. Contrairement à la bioimpédance, qui est basée sur l’analyse des changements d’amplitude de tension transthoracique en réponse à un courant à haute fréquence, la technique Bioréactance® analyse les variations de spectres de fréquence du courant oscillant délivré. Cette approche est censée aboutir à un rapport signal sur bruit plus élevé et donc à une amélioration des performances du dispositif. En effet, les premières études de validation révèlent des résultats prometteurs.