Mise au point - Club des Cardiologues du Sport

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Apport
des nouvelles techniques
échocardiographiques
chez le sportif
L’avènement, ces dernières années, d’outils de quantification de la fonction cardiaque en
échocardiographie autorise, aujourd’hui, leur transposition dans le domaine de l’exploration du sujet sportif. Ces techniques sont maintenant embarquées sur les appareils de
moyenne et haute gammes pour la diffusion de leur utilisation.
Dr Stéphane Lafitte (Hôpital Cardiologique du Haut-Lévêque, CHU de Bordeaux)
Pr Hervé Douard (Hôpital cardiologique, Pessac)
Q
uantifier la contraction myocardique est la quête du Graal
de tout clinicien cardiologue.
Cette nécessité est particulièrement
impérieuse pour l’exploration du cœur
du sportif, bien connu pour présenter
certaines spécificités morphologiques
et fonctionnelles parfois difficilement
différentiables de l’atteinte pathologique.
Après quelques rappels physiologiques de contraction myocardique,
il sera décrit les techniques échographiques mises à disposition, leurs
principales applications et validations.
> Physiologie
de la contraction
La description initiale de l’orientation
des fibres myocardiques au sein des
couches cardiaques a très tôt motivé
l’appréhension de la contraction, non
pas exclusivement dans sa composante radiale, mais également dans sa
composante longitudinale. En effet,
si les couches à mi-paroi présentent
une majorité de myocytes à direction
transversale à l’origine de l’épaississement pariétal, il n’en est pas de
même au niveau des couches sousendocardiques et sous-épicardiques.
A ce niveau, en effet, les fibres myocytaires prennent un axe plus oblique
en s’enroulant autour du grand axe
cardiaque (1) (Fig. 1). De surcroît, cet
enroulement hélicoïdal s’effectue de
façon opposée en sens horaire et antihoraire, respectivement au niveau des
couches sous-endocardiques et sousépicardiques.
Ainsi, au-delà de la contraction
radiale quantifiée historiquement en
TM, il s’avérait indispensable d’intégrer la composante longitudinale (2).
Ce raccourcissement du ventricule
gauche de la base vers l’apex était
observé en angiographie, quantifié
en TM par des logiciels dédiés et complexes, mais il n’est réellement
devenu accessible en pratique que
depuis l’avènement du Doppler tissulaire. A ces deux composantes
radiale et longitudinale s’ajoute une
25
Figure 1- Représentation de la morphologie
ventriculaire gauche au niveau cavitaire
(à gauche), au niveau pariétal avec
visualisation de l’enroulement hélicoïdal
des faisceaux de fibres mycoardiques
(à droite). D’après Buckberg et al.
dimension circonférentielle, depuis
peu accessible par échogaphie et IRM,
qui correspond au raccourcissement
des fibres dans la circonférence d’une
coupe transversale (3). L’association
de ces 3 entités contractiles génère un
mouvement de rotation du plan de
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coupe axial, d’amplitude différente et
de direction opposée entre la base et
l’apex. Cet aspect global correspond
à la torsion cardiaque assimilée à un
mouvement d’essorage de serpillière.
La finalité de cette complexité cible
une efficience maximale dans l’éjection du volume sanguin à chaque systole, associée au meilleur rendement
de relaxation en phase diastolique.
Or, en cas d’altération de la contractilité myocardique, quelle que soit son
origine, il n’existe pas d’homogénéité
en terme de retentissement sur les
différentes composantes (4). Ici
encore, le maintien du volume sanguin éjecté impose, malgré une déficience débutante, une compensation
au niveau de la contraction radiale,
alors même que la composante longitudinale est d’ores et déjà significativement réduite. Ce concept vient
révolutionner le dogme de l’insuffisance cardiaque à fonction systolique
préservée qui, en réalité, n’a de
conservée que la fraction d’éjection.
Et il en est probablement de même
pour tout type d’altération de la
contraction myocardique sub-clinique.
A ce jour, la transposition de ces données à l’analyse de l’adaptation cardiaque au cœur de sportif est
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quasiment vierge de toute description intégrant ces notions de composantes de contraction.
> Outils échographiques
et informations ciblées
Le mode TM
Historiquement, c’est le mode TM qui
permettait l’obtention des premières
informations de contraction myocardique. Cependant, en incidence
parasternale, il n’informe que sur la
composante radiale, en s’appuyant
sur la mesure de l’épaississement
pariétal. Par ailleurs, il est limité par
une appréhension simultanée de
deux parois opposées aux dépends
d’une investigation complète de la
couronne myocardique.
Le mode bidimensionnel
Plus globale, l’analyse en mode bidimensionnel par la méthode de Simpson biplan exploite les vues apicales 4
et 2 cavités pour une analyse du déplacement de l’endocarde et l’estimation
de la fonction ventriculaire gauche via
les volumes systolodiastoliques. Audelà de la dissociation possible
entre le déplacement de l’endocarde,
a
qui peut être passif, et la réelle
contraction myocardique, cette
approche intègre préférentiellement
la composante radiale, en minimisant
la part longitudinale. Ainsi, cette fraction d’éjection peut longtemps se
trouver maintenue proche de la normale par phénomène de compensation radiale.
Le mode Doppler tissulaire
pulsé
Le mode Doppler tissulaire pulsé
(Fig. 2a) est la technique la plus
répandue pour investiguer la composante longitudinale. En raison de
sa dépendance vis-à-vis de l’angle de
tir ultrasonore et d’un manque certain
d’homogénéité entre les segments
myocardiques, seule l’approche globale est retenue. Le déplacement de
l’anneau mitral est alors analysé en
mesurant les pics de vélocités systolique Sa et protodiastolique Ea. Ces
vélocités reflètent la sommation des
forces développées segment par segment et transmises jusqu’à la base du
cœur. Au niveau septal, en raison de
la structure fibroconjonctive prédominante, le retentissement est
moindre qu’au niveau latéral, avec
des vitesses 30 % moins élevées, d’où
b
Figure 2 - Techniques conventionnelles Doppler tissulaire : en mode pulsé qui permet les mesures des ondes systolique Sa et diastolique Ea,
dont les valeurs attendues normales sont supérieures à 9 cm/s (a) ; en mode TM DTI couleur, dont l’interprétation est qualitative
par identification de gradients de couleur (donc de vélocités) mésosystolique et protodiastolique transmyocardiques (b).
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la nécessité de bien préciser la localisation du point de mesure.
Le mode TM couleur
En associant le mode TM au Doppler vélocité, on obtient le mode TM
couleur (Fig. 2b) qui permet d’analyser la répartition des vélocités
entre les couches sous-endo et sousépicardiques. Physiologiquement,
un gradient de vitesse existe aussi
bien en mésosytole qu’en protodiastole. Son identification est
actuellement principalement visuelle,
sauf par le biais de logiciels dédiés
non distribués.
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distance, donc la déformation du segment. Pour ce résultat, une double
intégration mathématique dans l’espace puis le temps est appliquée sur
les vélocités. Si de nombreux travaux
ont démontré la validité de cette
modalité sur modèles expérimentaux
ou cliniques, son application en pratique quotidienne a toujours pêché
d’un manque certain de reproductibilité en raison, principalement, de
sa faible résolution spatiale et d’un
effet amplificateur d’artefacts.
Le 2D strain
Le 2D strain (Fig. 3b) est une nouvelle
modalité d’évaluation des déformations basée sur une imagerie bidimensionnelle en échelle de gris
utilisant la technique de speckle tracking. Les speckles sont les marqueurs
acoustiques naturels réflecteurs
●
a
Approche des déformations
Le concept de déformation, ou strain,
se définit par la variation de longueur
d’un segment au cours du temps. Le
segment se raccourcit, sa valeur de
déformation est négative ; il s’allonge,
sa valeur est alors positive. Extrapolé
à la contraction myocardique, l’épaississement pariétal sur un tracé TM
peut être assimilé à une déformation
d’un segment. Il s’agit alors de la composante radiale de la contraction
myocardique qui se positive tout au
long de la systole. Dans le sens longitudinal, cette notion est plus abstraite.
Pour l’intégrer, il faut rappeler que le
ventricule se raccourcit en systole
dans le sens de la longueur, l’anneau
se déplaçant ainsi vers l’apex. Deux
points placés sur le myocarde longitudinalement se rapprochent l’un de
l’autre au cours de la systole, générant une courbe de déformation
négative. Au sommet de ces courbes
correspond la télésystole de la
contraction pariétale.
La technique du Doppler tissulaire
La première approche des déformations s’est appuyée sur la technique
du Doppler tissulaire (strain Doppler)
(Fig. 3a). L’enregistrement des vitesses
de déplacement entre deux cibles
permet d’extrapoler les variations de
b
●
Figure 3 - *Courbes de déformations obtenues par la technique Doppler tissulaire
strain (a) et par la technique d’analyse en image noir et blanc (2D speckle
ou 2D strain) (b). Les courbes caractérisent ici la déformation longitudinale, donc
le raccourcissement du segment mesuré, d’où une composante systolique négative.
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d’ultrasons, considérés comme relativement stables pendant les différentes séquences d’images, alors que
leur changement de position suit le
mouvement du tissu myocardique.
Leur suivi dans l’espace, ou tracking,
est fondé sur le repérage de la position de ces marqueurs acoustiques
durant les différentes phases du cycle
cardiaque. Les déformations bidimensionnelles sont alors calculées à
partir du déplacement de ces marqueurs. Comparativement au strain
Doppler tissulaire, cette approche présente l’avantage d’être angle-indépendante, et permet la mesure des
déformations dans les 3 dimensions
de l’espace.
> Applications
au cœur de sportif
Trois applications cliniques peuvent
trouver potentiellement un intérêt dans
l’utilisation des techniques de quantification de la contraction myocardique :
● le diagnostic différentiel entre le
cœur du sportif et la cardiomyopathie
hypertrophique (CMH) ;
● le diagnostic de cardiomyopathie
hypokinétique débutante iatrogène ;
● ou encore le syndrome de fatigue
myocardique aigüe.
Hypertrophie adaptative
physiologique
et cardiomyopathie
hypertrophique
C’est dans ce domaine que se retrouve
le plus grand nombre d’arguments
scientifiques témoignant de l’apport
des nouvelles techniques échographiques.
● Le Doppler tissulaire pulsé
En première ligne, le Doppler tissulaire pulsé à l’anneau mitral semble
présenter un pouvoir de discrimination intéressant entre les deux états
myocardiques. Dans sa phase systolique tout d’abord, Vinerreanu et al.
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Figure 4 - Application du Doppler tissulaire pulsé à l’analyse des vélocités
chez des patients porteurs de cardiomyopathie hypertrophique (HC), hypertensive
(HT) et chez les sportifs de haut niveau (d’après 5). Noter, malgré le seuil à 9 cm/s,
un certain degré de chevauchement des points entre les 3 groupes.
(5) proposent, après une comparaison de 30 athlètes et 15 patients porteurs de CMH, une valeur de vélocité
de l’onde Sa de 9 cm/s comme discriminante, avec des seuils de sensibilité et de spécificité de 87 et 97 %
respectivement (Fig. 4). Dans cette
étude, la vélocité à l’anneau est obtenue par moyennage des mesures de
pic sur 4 points annulaires (septal,
inférieur, antérieur, latéral). L’étude
de l’onde protodiastolique Ea peut
être également exploitée avec un seuil
identique à la valeur Sa. Dans notre
expérience sur des footballeurs professionnels, la CMH est associée à des
valeurs systoliques plus basses que
chez le sportif (11,9 ± 2,2 cm/s vs 8,2 ±
3,7 cm/s ; p < 0,05), mais avec une
large dispersion des valeurs chez le
sujet pathologique.
● Le TM DTI couleur
Moins accessible de prime abord,
l’évaluation du gradient de vélocité
en TM DTI couleur possède également un intérêt en pratique. Basé
sur les travaux de Palka (6), puis de
Derumeaux (7), la présence d’un
gradient de vélocité conservé audessus de 7 cm/s est en faveur d’un
28
cœur de sportif sain, alors que dans
la CMH, ce gradient sera diminué,
voire aboli. En pratique, en raison de
l’absence de logiciel embarqué sur
les appareils, ce gradient ne peut être
évalué que de façon qualitative, en
recherchant un dégradé de couleurs
en TM DTI en mésosystole ou protodiastole (Fig. 5).
● L’analyse des déformations
Plus en vogue dans ce cadre diagnostique, il y a l’analyse des déformations. Les études en strain DTI sont
en faveur d’une diminution des
vitesses de déformation en présence
d’une hypertrophie pathologique,
avec des valeurs normales chez les
sportifs (8). Cependant, l’exploitation
de ces résultats reste délicate en pratique, en raison de la faible reproductibilité de la technique de strain
DTI.
● Le 2D strain
Cette limite a été comblée récemment
par l’application de la technique de
2D strain, plus fiable et donc compatible avec une analyse en routine.
Une seule étude publiée à ce jour
décrit la contractilité myocardique
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chez les sportifs de haut niveau dans
un groupe de footballeurs professionnels (9). Comparativement aux
sujets sains sédentaires, le sportif
semble présenter un profil de déformation spécifique, avec une composante longitudinale significativement
abaissée, compensée par une composante radiale légèrement plus
haute. Ces différences paraissent plus
marquées au niveau des segments
basaux.
Ce phénomène pourrait prendre source
dans une adaptation de contrainte à
une géométrie ventriculaire modifiée
(augmentation des diamètres télédiastolique et télésystolique). Comparativement aux patients porteurs de
CMH dont les valeurs de déformation
sont également abaissées en composante longitudinale, la discrimination
peut être délicate. Il faut alors s’orienter vers une approche analytique segmentaire (septum basal) pour
laquelle une valeur de - 13 % est
associée à des valeurs de sensibilité
et spécificité acceptables. Il faut souligner, malgré tout, un certain degré
de limite dans l’utilisation des composantes radiale ou transversale, à ce
jour moins reproductibles. Il est à souligner que ces données ne peuvent
pas être extrapolées à d’autres
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Tableau 1 - Valeurs de vélocité en DTI sur le ventricule gauche
et déformations sur le ventricule droit avant et après le marathon.
Avant
Après
Onde DTI E’ lateral (cm.s )
12 ± 2
8±2
< 0,001
Onde DTI A’ lateral (cm.s-1)
5±1
8±2
< 0,001
Onde DTI E’ septal (cm.s )
10 ± 2
8±2
< 0,001
Onde DTI A’ septal (cm.s-1)
5±1
8±2
< 0,001
11 ± 2
9±2
0,007
-1
-1
Ventricule droit basal
Vendo (cm.s-1)
Déformation (strain) (%)
Strain rate (s-1)
18 ± 7
14 ± 4
1,2 ± 0,4
1,2 ± 0,3
domaines sportifs à contraintes différentes qui génèrent une adaptation
spécifique.
Fatigue myocardique aiguë
Le syndrome de fatigue myocardique
aiguë peut également être évalué par
échocardiographie. Les travaux princeps de Douglas (10) avaient décrit le
phénomène d’altération aiguë de la
contractilité survenant dans les suites
d’un épisode sportif violent et soutenu. Plus récemment, l’équipe de
Boston (11) s’est appuyée sur les techniques de Doppler tissulaire et d’analyse des déformations pour étudier
les conséquences cardiaques d’une
course de marathon sur un collectif
< 0,001
0,25
de 20 sujets entraînés. Les auteurs ont
clairement identifié une dégradation
des paramètres de contractilité générée par la course, aussi bien sur la
phase diastolique avec la diminution
de la composante Ea à l’anneau, que
sur la phase systolique avec réduction du pourcentage et de la vitesse
de déformation ( Tab. 1). Ces anomalies étaient inversement proportionnelles à l’entraînement effectué
dans les semaines précédant la
course. Enfin, l’atteinte systolique
ventriculaire observée aussi bien sur
le ventricule gauche que sur le ventricule droit était réversible au
contrôle à un mois.
Dopage
Figure 5 - Exemple d’analyse des déformations chez un sujet (femme de 28 ans
ayant réalisé un temps de 4 h 20 min) en pré et post-course de marathon,
avec l’identification de franche diminution de la contraction longitudinale
de - 20 % à - 16 % entre les deux états.
29
Dans le domaine sensible du dopage,
l’échocardiographie semble également pouvoir être contributive. En
effet, de récents travaux tendent à
démontrer les effets directs de la prise
de substances illicites sur la contractilité myocardique. Dans l’étude de
Nottin et al. (12), portant sur 30 sujets
dont 15 bodybuilders, 6 d’entre eux
étaient consommateurs de stéroïdes
anabolisants en chronique. Dans ce
sous-groupe, les vélocités diastoliques étaient significativement plus
basses que dans le groupe indemne
de toute prise. Ces résultats ont été
récemment confirmés par une
étude italienne (13) appliquant les
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celle de la distinction de la myocardiopathie débutante non iatrogène
dans le même groupe de sujets.
dans des algorithmes basés sur plusieurs indices, et non sur un seul
paramètre, en raison des limites inhérentes à chaque approche. ❚
> En conclusion
Les nouvelles techniques de quantification myocardique par échocardiographie permettent une approche
plus poussée de l’exploration du
cœur du sportif. Qu’il s’agisse de la
différenciation avec l’hypertrophie
pathologique, de la fatigue myocardique aigüe, ou du dopage, les informations obtenues sont à intégrer
MOTS CLÉS
Cardiomyopathie hypertrophique,
Cœur du sportif, Contraction
myocardique, Déformations,
2D strain, Dopage, Doppler
tissulaire pulsé, Mode TM
Bibliographie
La consommation de stéroïdes
entraînerait des altérations significatives
des vitesses et des taux de déformations.
techniques de DTI déformation sur
un groupe plus important de bodybuilders, dont la moitié était
consommateurs de stéroïde depuis
plus de 5 mois. En focalisant leur
analyse sur la paroi septale, il était
mis en évidence des altérations significatives des vitesses et des taux de
déformations comparativement aux
contrôles. Ces études ne sont que les
prémices des possibilités d’application des techniques de quantification
de la contractilité myocardique, tout
en intégrant une des limites qui est
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