ARTICLE
Auteur(s) :, Philippe
Chevalier1,*, Paul Rubel2, Jocelyne
Fayn2
1Service de soins intensifs et de rythmologie,
hôpital Louis-Pradel, 28, avenue du Doyen-Lépine,
69394 Lyon
2Unité Inserm 107, Lyon
Position du problème
Trois points méritent d’être rappelés avant d’aborder la
difficile question de l’identification des patients à risque
d’arythmie ventriculaire maligne :
- – Il y a un manque de données épidémiologiques de la
mort subite d’origine rythmique en partie lié à sa définition et à
ses causes multiples ;
- – la physiopathologie des arythmies ventriculaires est
complexe ; chacun des éléments du triangle de Coumel [1] et
leurs interactions restent à décrypter ;
- – l’emploi abusif du défibrillateur automatique
implantable (DAI) témoigne des difficultés d’identification des
patients à risque de fibrillation ventriculaire.
Nous sommes toujours à la recherche d’un marqueur spécifique du
risque électrique ventriculaire. Dans ce but, l’analyse des
principaux événements de l’activité électrique cardiaque que sont
l’activité sinusale, la dépolarisation ventriculaire et la
repolarisation ventriculaire a fait l’objet de nombreux travaux [2,
3]. Jusqu’à présent, les résultats ayant trait à l’étude de
l’activité sinusale sont plutôt décevants. L’utilisation de
nouveaux outils de traitement du signal électrique s’attachant à
quantifier la dépolarisation et la repolarisation ventriculaires
semble une approche très prometteuse. Le but de cet article est
d’exposer cette nouvelle technologie en s’appuyant sur des rappels
de physiologie.
Nœud sinusal
Le système nerveux autonome module l’activité sinusale. Ce contrôle
s’exerce principalement par l’intermédiaire du courant If, seul
courant entrant activé par l’hyperpolarisation et très sensible aux
neurotransmetteurs de nature cholinergique et catécholergique [4].
Bien que l’on connaisse maintenant son manque de spécificité à
prédire les arythmies ventriculaires, les indices de variabilité
sinusale ont été les premiers paramètres étudiés comme marqueurs de
risque électrique [3]. La variabilité du rythme sinusal est
d’autant plus importante que le sujet est jeune et en bonne santé
[5]. À l’inverse, un rythme trop régulier, trop stable,
traduit un mauvais état de santé aussi bien cardiaque que général.
L’activité du nœud sinusal est assimilée à un oscillateur,
dépendant de l’équilibre entre les tonus sympathique et vagal, la
fameuse « balance sympathovagale ». Ses variations amples
sont nécessaires pour l’adaptation aux contraintes d’un
environnement qui peut être très changeant tout au long du
nycthémère. La perte de cette souplesse, de cette variation de la
cadence sinusale, est le témoin d’un organe ou d’un organisme
malade, fragile et vulnérable, terrain propice à une arythmie.
Analyse par ondelettes de la variabilité sinusale
La mesure de la variabilité sinusale est réalisée soit dans le
domaine fréquentiel, soit dans le domaine temporel [6].
L’utilisation de nouveaux traitements mathématiques d’analyse du
signal électrique est supposée quantifier l’activité sinusale. Nous
utilisons à Lyon la méthode des ondelettes [7]. Cette technique
permet une localisation en temps et en fréquence des variations du
signal électrique. Elle autorise aussi la détection des variations
brutales et brèves du rythme cardiaque, qui échappent à l’analyse
conventionnelle. La règle consiste à transformer un signal en
nombre et coefficient, que l’on peut enregistrer et analyser,
transmettre ou utiliser pour reconstruire le signal original. Les
ondelettes s’adaptent automatiquement aux différentes composantes
du signal et utilisent une fenêtre étroite, pour décrire les
composantes transitoires de haute fréquence et une fenêtre large,
pour suivre les composantes de longue durée de basse fréquence.
Cette procédure s’appelle la multirésolution [6].
Nous avons recherché des éléments prédictifs de fibrillation
ventriculaire à l’aide de l’analyse des intervalles RR précédant
une arythmie chez des patients avec DAI [7]. La mémoire de ces
appareils permet de disposer des intervalles RR d’1 h 30.
Nous avons pu mettre en évidence des différences significatives
entre les deux populations, qui survenaient bien avant
l’intervention du DAI [7]. Ces différences se situaient à la fois
sur les échelles de haute et de basse fréquences sur l’ensemble du
signal alors que, juste avant la fibrillation ventriculaire, les
différences étaient présentes principalement dans les échelles de
haute fréquence.
Turbulence de la fréquence cardiaque
Cette méthode quantifie les fluctuations des cycles sinusaux après
les battements ventriculaires prématurés. Le rythme sinusal qui
suit un battement ventriculaire prématuré a normalement un aspect
biphasique avec une accélération précoce et une décélération
tardive. Chez les patients après infarctus du myocarde à haut
risque de mort subite, cette variation, appelée turbulence de la
fréquence cardiaque, est atténuée ou absente [8]. En effet, une
systole ventriculaire influence le nœud sinusal, même en l’absence
de conduction rétrograde ventriculaire. À l’origine de ce
phénomène, une modification du tonus autonome et une traction
mécanique sur les auricules ou sur le tissu de conduction
atrio-ventriculaire ont été évoquées. Une méthode de quantification
de la turbulence cardiaque a été développée et validée dans deux
populations de patients avec infarctus du myocarde [9].
Sensibilité du baroréflexe
Les barorécepteurs artériels sont localisés dans le sinus
carotidien et dans l’arche aortique. Ces récepteurs sont sensibles
à la pression artérielle moyenne. Une augmentation de la pression
artérielle est à l’origine d’une activation parasympathique qui
diminue la fréquence cardiaque [10]. Le mécanisme liant la perte de
la sensibilité baroréflexe à une augmentation du risque d’arythmie
implique la composante vagale du baroréflexe [11]. En situation
d’ischémie myocardique chez le chien, il existe aussi une forte
corrélation entre l’ampleur de la réduction de la cadence sinusale,
la préservation de la sensibilité du baroréflexe et la réduction de
la survenue de fibrillation ventriculaire [12].
En pratique, la qualité du baroréflexe s’évalue à l’aide d’un
agent vasoconstricteur alpha-adrénergique pur, la phényléphrine
[13]. L’allongement des intervalles RR successifs obtenu avec cette
médication est corrélé aux modifications des changements de
pression artérielle. Une fenêtre d’analyse est sélectionnée entre
le début et la fin de la première augmentation significative de la
pression artérielle (supérieure à 15 mmHg). Habituellement
l’allongement du cycle produit par une augmentation de 1 mmHg
de pression est utilisé pour quantifier le contrôle baroréflexe de
la fréquence cardiaque. Chez les sujets jeunes, des valeurs
moyennes de sensibilité baroréflexe de 14,8 ± 9,2 ms/mmHg et
de 16 ± 1,18 ms/mmHg ont été rapportées [13]. Dans l’étude
ATRAMI, qui a inclus 1 284 patients, la mortalité cardiaque
calculée pendant un suivi de 21 mois était plus importante
chez les patients avec une sensibilité baroréflexe inférieure à
3 ms/mmHg que chez ceux où cette valeur dépassait
6,1 ms/mmHg [13]. Cependant, ce paramètre n’est pas spécifique
de la mort subite mais plutôt lié au risque de mortalité
globale.
Autres méthodes d’analyse de la fonction sinusale
D’autres moyens de quantification de la variabilité sinusale ont
été développés récemment. Ces techniques nouvelles restent à
valider. Il s’agit de la dynamique non linéaire (chaos) ou de
l’étude de la puissance spectrale de la variabilité sinusale.
À l’opposé de ces techniques sophistiquées, maîtrisées par un
petit groupe d’experts, une étude a montré que la simple mesure de
la récupération sinusale post-effort permettait de stratifier le
risque de mortalité globale post-infarctus [14].
Dépolarisation ventriculaire
L’intervalle QRS représente la sommation des phases 0 du
potentiel d’action des myocytes ventriculaires. Il peut renseigner
sur la qualité de la conduction de l’influx électrique à travers le
syncytium myocardique. À l’échelon cellulaire, entrent en jeu
non seulement les propriétés électrophysiologiques des cellules
musculaires mais aussi leur agencement dans l’espace et la qualité
des jonctions entre elles [15]. En général, un allongement de la
durée du QRS, en dehors d’une anomalie du tissu de conduction,
révèle une atteinte du myocarde d’origine toxique vasculaire,
infectieuse ou métabolique.
Les études d’analyses de la mesure de la dépolarisation
ventriculaire restent peu nombreuses. L’outil le plus utilisé a été
l’ECG haute résolution. Cette technique permet, grâce à la
recherche de potentiels tardifs, l’identification des zones de
conduction ventriculaire lente et donc, pour le patient qui en est
porteur, d’un risque de tachycardie par réentrée [16]. Il est admis
que la présence de ces potentiels a une mauvaise spécificité mais
une bonne valeur prédictive négative du risque rythmique [17]. Nous
avons évalué l’analyse par ondelettes des complexes QRS à partir
d’enregistrements numériques 12 dérivations chez des patients
à risque d’arythmie [17]. L’analyse a été réalisée à partir d’un
électrocardiogramme haute résolution (1000 Hz, 16 bits).
Les résultats préliminaires montrent que cette méthode peut
distinguer les patients à risque d’arythmie ventriculaire en cas de
syndrome du QT long (( figure 1 )), de
dysplasie arythmogène du ventricule droit et d’infarctus du
myocarde [18]. La cartographie haute-densité a aussi été utilisée
avec succès pour l’identification d’anomalie de la propagation de
l’influx chez les patients avec fibrillation ventriculaire primaire
[19].
Repolarisation ventriculaire
Bien que l’intervalle QT englobe à la fois la dépolarisation et la
repolarisation ventriculaires, sa mesure est utilisée pour
quantifier la repolarisation ventriculaire [20]. Un retard de
repolarisation correspond à un allongement de l’intervalle QT.
À l’échelon cellulaire, il existe un ralentissement de
l’extrusion des cations intracellulaires (potassium ou sodium) vers
l’extérieur de la cellule. La simple mesure statique d’un
intervalle QT est considérée comme insuffisante pour éliminer un
risque électrique chez un patient donné [21]. L’analyse dynamique
battement par battement ou par période de 30 secondes est
actuellement en évaluation comme indice d’arythmogénicité [22].
L’analyse de la dispersion de l’intervalle QT est une méthode qui
n’est plus utilisée [21]. Bien qu’il y ait une relation
proportionnelle entre le degré d’hétérogénéité des périodes
réfractaires ventriculaires et le seuil arythmogène, l’étude de la
dispersion ventriculaire par méthode ECG conventionnelle reste
décevante.
Dynamique de l’intervalle QT
Il est établi que l’intervalle QT est dépendant de la fréquence
cardiaque. La relation entre l’intervalle RR et l’intervalle QT
peut être étudiée de façon plus complète que la simple mesure par
la méthode de Bazett [23]. La mesure dynamique de l’intervalle QT à
partir d’un enregistrement Holter nécessite des procédures
automatiques limitées par la détermination difficile de la fin de
l’onde T, notamment à des fréquences rapides [22]. La dépendance de
l’intervalle QT à la fréquence cardiaque peut être évaluée grâce à
une équation de régression linéaire entre les intervalles QT et les
intervalles RR correspondants dans des fenêtres de temps
pré-sélectionnées [21]. Le segment de la repolarisation qui va
jusqu’à la fin de l’onde T (QT end) est soumis aux variations de la
balance sympathovagale contrairement à l’intervalle qui se mesure
jusqu’au sommet de l’onde T (QT apex). En général, une pente
prononcée de l’intervalle QT/RR indique une dépendance très forte
de l’intervalle QT à la cadence sinusale avec une prolongation
importante à des cycles longs et un raccourcissement à de cycles
plus courts [22]. À l’inverse, une pente moins prononcée
indique que l’intervalle QT est moins dépendant du cycle cardiaque
et ne se raccourcit pas à des cycles plus courts. La pente QT/RR
est plus prononcée chez certains patients avec syndromes du QT long
congénital et ceux à risque de mort subite après infarctus du
myocarde (( figure 2 )).
Variabilité et alternance de l’onde T
L’alternance de l’onde T est caractérisée par un changement 2/1,
battement à battement, dans la forme, l’amplitude et
occasionnellement la polarité de la repolarisation ventriculaire.
Il semble exister une association significative entre la présence
de cette anomalie et la survenue d’arythmies ventriculaires.
L’alternance de l’onde T a été identifiée principalement chez les
patients avec syndrome du QT long congénital ou acquis, mais aussi
à l’occasion d’ischémie myocardique aiguë ou d’hypomagnésémie [24].
La variabilité de l’onde T est caractérisée par des changements
battement à battement dans la morphologie de la repolarisation,
mais sans l’aspect 2/1 typique de l’alternance. L’association entre
la variabilité de l’onde T et le risque de mort subite est moins
documentée que celle concernant l’alternance de l’onde T [25].
Les mécanismes électrophysiologiques qui sous-tendent la
variabilité et l’alternance de l’onde T sont mal connus. La
relation entre la durée de la repolarisation et la longueur du
cycle détermine la probabilité de survenue de l’alternance de
l’onde T. Une hétérogénéité trop prononcée de la repolarisation
ventriculaire contribue aussi à l’émergence de l’alternance de
l’onde T. À l’échelon cellulaire, une cinétique anormale de
l’ion calcium peut expliquer une augmentation de l’hétérogénéité
transmurale de la durée des potentiels d’action [25]. Les
médicaments calcium-bloqueurs, comme le vérapamil, diminuent
l’alternance de l’onde T et peuvent prévenir la fibrillation
ventriculaire, notamment en cas d’ischémie myocardique [26].
La technique actuelle la plus utilisée pour identifier ce
paramètre à l’échelle du microvolt est une méthode spectrale. Les
changements de l’onde T peuvent être représentés comme la puissance
spectrale des fluctuations d’amplitude battement par battement
d’une série de complexes QRS consécutifs. La méthode spectrale est
utilisée pour détecter la variabilité de l’onde T pendant l’épreuve
d’effort avec un système actuellement commercialisé (Cambridge,
MA). Après ajustement de la variabilité battement par battement, de
la dérive de la ligne de base et de la modulation de la
respiration, un indice d’alternance est calculé pour chaque onde T.
Le test est considéré comme positif lorsque l’amplitude de
l’alternance dépasse 1,9 microvolts [27].
L’analyse de la variabilité de la repolarisation dans le domaine
temporel est fondée sur la définition d’un indice de corrélation de
la repolarisation. Cet indice de corrélation compare chaque onde T
consécutive avec une onde T médiane et renseigne sur la complexité
des oscillations de l’onde T. L’avantage de cette technique est
qu’elle ne nécessite pas d’identification de l’apex ou de la fin de
l’onde T. De plus, cette méthode permet une quantification des
changements battement par battement pour l’ensemble du segment de
repolarisation. La signification pronostique des résultats de cette
nouvelle méthode est en cours d’évaluation (Docteur Maison-Blanche,
hôpital Lariboisière).
Analyse 3D de la repolarisation ventriculaire
Pour l’analyse spatiale de la repolarisation ventriculaire, le
système CAVIAR (Comparaison automatique des vectocardiogrammes et
leur interprétation par auto-référence) a été mis au point à Lyon
[28]. Il permet d’élaborer de nouvelles mesures quantifiant le
degré d’évolution entre deux tracés d’un même patient en
s’affranchissant de la variabilité liée aux phénomènes
extracardiaques. Le principe de la méthode CAVIAR consiste à
comparer directement des boucles ECG 3D en superposant deux à deux
les boucles QRS et T, puis en mesurant de manière optimale les
différences entre elles (( figure 3 )). Dans cet
algorithme, on assimile la boucle vectocardiographique à un système
de poids matériel dont la masse est proportionnelle à la vitesse de
propagation des vecteurs des champs électriques instantanés. La
méthode CAVIAR permet une analyse comparative de tous les
battements d’une séquence d’ECG ambulatoire avec un même complexe
dit complexe de référence. Cette méthode nous a déjà permis
d’identifier des patients souffrant de pathologies comme le
syndrome de QT long ou les fibrillations ventriculaires
idiopathiques [29, 30].
Conclusion
L’étude quantitative des dynamiques temporelles et spatiales des
intervalles QRS et QT apparaît maintenant possible grâce aux
nouveaux outils mathématiques de traitement du signal électrique
cardiaque. Le champ d’investigation est vaste et de nombreux
travaux sont encore nécessaires. L’amélioration de la prise en
charge des patients à risque d’arythmie ventriculaire passe par une
approche multidisciplinaire, qui intègre la biologie moléculaire et
le signal électrique cardiaque traité par des outils sophistiqués.
Le pont entre les nouvelles technologies d’analyse du signal, la
biologie cellulaire et la clinique est à même de nous donner les
moyens de comprendre les arythmies, de mieux définir leurs
conditions de survenue et d’identifier précisément le risque
électrique chez un patient donné.
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