03 - SHthese-intro-octobre07A
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Université Libre de Bruxelles Faculté de Médecine Contribution à l’étude de la circulation pulmonaire et de la fonction ventriculaire droite dans l’hypertension pulmonaire : Apports de l’échocardiographie et de l’imagerie par Doppler tissulaire Sandrine Huez Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Médicales Année académique 2007-2008 Table des matières Résumé ......................................................................................................................... 7 Liste des publications ................................................................................................ 12 Liste des abréviations ............................................................................................... 13 Chapitre 1. Introduction .......................................................................................... 14 1.1 Introduction générale ...................................................................................... 17 1.2 Etude de la circulation pulmonaire ................................................................. 17 1.2.1 Méthodes invasives de référence .............................................................. 17 1.2.1.1 La résistance vasculaire pulmonaire ................................................ 17 1.2.1.2 La relation pression-débit vasculaire pulmonaire ............................ 18 1.2.1.3 L’impédance vasculaire pulmonaire ................................................ 20 1.2.2 Méthodes non invasives par échocardiographie-Doppler ......................... 23 1.2.2.1 Rappel des principes de base des ultrasons...................................... 23 1.2.2.2 Le gradient de pression systolique ventriculaire droit ..................... 25 1.2.2.3 Le profil de vitesses Doppler dans l’artère pulmonaire ................... 27 1.3 Etude de la fonction ventriculaire droite ......................................................... 30 1.3.1 Principes de régulation de la fonction ventriculaire ................................. 30 1.3.2 Méthodes invasives de référence .............................................................. 31 1.3.2.1 La boucle pression-volume ventriculaire ......................................... 31 1.3.2.2 Le couplage ventriculo-artériel pulmonaire ..................................... 34 1.3.3 Méthodes non invasives par échocardiographie-Doppler ......................... 37 1.3.3.1 Echocardiographie conventionnelle ................................................. 37 1.3.3.2 Imagerie en mode Doppler tissulaire ............................................... 44 1.3.3.2.1 Rappel sur la contraction myocardique et les particularités du ventricule droit ............................................................................... 44 1.3.3.2.2 Principes de base de l’imagerie par Doppler tissulaire ........ 46 1.3.3.2.3 TDI en mode pulsé ............................................................... 47 1.3.3.2.4 TDI en mode couleur bidimensionnel.................................. 52 1.3.3.2.5 Indices de déformation myocardique : strain et strain rate .. 54 Chapitre 2. Faisabilité de l’étude semi-invasive de l’impédance vasculaire pulmonaire chez les patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire ... 63 Chapitre 3. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à la vasoconstriction pulmonaire hypoxique aiguë chez le sujet sain ....... 80 5 Chapitre 4. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire hypoxique, en altitude .................................. 99 4a. Comparaison de l’adaptation cardiaque à la haute altitude chez des sujets récemment acclimatés et chez des habitants de l’altiplano bolivien............. 101 4b. Description d’un cas de décompensation cardiaque droite chez un sujet récemment acclimaté à la haute altitude ....................................................... 113 Chapitre 5. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire chronique..................................................... 123 5a. Etude d’une population de patients souffrant d’hypertension pulmonaire sévère et corrélations avec l’hémodynamique invasive ................................ 125 5b. Description de l’amélioration de la fonction ventriculaire droite lors d’un test de réversibilité chez un patient souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire dit « répondeur » ........................................................................ 141 Chapitre 6. Application des techniques non invasives modernes à l’étude de la circulation pulmonaire et de la fonction ventriculaire droite chez les patients souffrant de sclérodermie ....................................................................................... 150 Conclusions générales ............................................................................................. 167 Curriculum vitae ..................................................................................................... 169 Membres du Jury de thèse ..................................................................................... 171 Résumé de la thèse principale ................................................................................ 172 Résumé de la thèse annexe ..................................................................................... 173 Références ................................................................................................................ 175 Annexe 1 : Définitions ............................................................................................. 191 Annexe 2 : Formulation mathématique de PVZ .................................................. 192 Annexe 3 : Valeurs normales ................................................................................. 194 6 Résumé Chapitre 1. Introduction L’hypertension pulmonaire est un syndrome de dyspnée, fatigue, douleur thoracique et syncope, causé par une augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire (RVP) conduisant progressivement à la défaillance cardiaque droite(1). Le cathétérisme du cœur droit est indispensable au diagnostic et à l’évaluation de la gravité de l’hypertension pulmonaire. L’examen permet tout à la fois la quantification du processus morbide par une mesure de la RVP et de ses répercussions fonctionnelles par la mesure du débit cardiaque. Néanmoins, la multiplication des études thérapeutiques randomisées dans l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) a montré l’inadéquation de ces mesures pour quantifier la réponse fonctionnelle des patients aux traitements(2,3). Ceci s’explique par les limitations de l’évaluation hémodynamique traditionnelle qui ne peut directement quantifier les déterminants de la performance ventriculaire droite (VD): précharge, postcharge et contractilité. Le but de ce travail a été d’étudier l’apport de nouvelles méthodes d’exploration, moins invasives, pour mieux comprendre l’adaptation VD à l’augmentation de postcharge, induite par l’hypertension pulmonaire. Le chapitre introductif est consacré à une revue des concepts de physiologie de base, à savoir : la description de l’état fonctionnel de la circulation pulmonaire par des relations pression-débit instantanées ou continues et de la fonction VD au départ des relations pression-volume ventriculaires. Les principales méthodes utilisées dans ce travail sont présentées, à savoir : l’échocardiographie traditionnelle, mais actualisée par l’introduction de nouveaux indices de fonction VD et l’imagerie par Doppler tissulaire (TDI). Chapitre 2. Faisabilité de l’étude semi-invasive de l’impédance vasculaire pulmonaire chez les patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire Le calcul de RVP néglige les phénomènes de compliance vasculaire et de réflexion d’ondes, inhérents à l’aspect pulsatile du flux dans la circulation pulmonaire. Ceci sous-estime la charge hydraulique imposée au VD, en particulier dans 7 l’hypertension pulmonaire(4). L’ensemble des forces qui s’opposent à l’éjection du VD peut être quantifié par une analyse fréquentielle des ondes de pression et de débit artériels pulmonaires et un calcul d’impédance vasculaire pulmonaire (PVZ). Néanmoins, cette méthode a été très peu appliquée chez l’Homme, en raison de sa complexité et surtout de son caractère invasif. Nous avons étudié la faisabilité de l’étude systématique de spectres de PVZ chez 22 patients souffrant d’HTAP, avec une méthode simplifiée, couplant le cathétérisme du cœur droit et l’échocardiographieDoppler transthoracique. Les résultats montrent qu’il est possible d’obtenir au lit du malade des spectres de PVZ cohérents et sensibles aux interventions pharmacologiques. Chapitre 3. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à la vasoconstriction pulmonaire hypoxique aiguë chez le sujet sain La déprivation en oxygène dans l’air respiré induit une vasoconstriction des petites artères pulmonaires, responsable d’une hypertension pulmonaire modérée. Nous avons étudié la fonction VD par échocardiographie-Doppler conventionnelle et TDI chez 25 volontaires, au cours de la vasoconstriction pulmonaire hypoxique et lors de l’administration intraveineuse de faibles doses de dobutamine (reproduisant la tachycardie associée à la stimulation orthosympathique). Les résultats montrent une adaptation de la fonction des deux ventricules, essentiellement diastolique à droite et systolique à gauche. Ces effets peuvent être expliqués par la conjonction d’une activation sympathique et l’adaptation de la fonction du VD nécessaire à la préservation du couplage entre fonction ventriculaire et postcharge. Chapitre 4. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire hypoxique, en altitude L’exposition à la haute altitude est un modèle naturel d’hypertension pulmonaire hypoxique. Nous avons étudié la fonction du VD par échocardiographieDoppler conventionnelle et TDI chez 15 sujets sains au niveau de la mer, dans les premières heures d’exposition à l’altitude (La Paz, Bolivie - 3750 m) et après 10 jours 8 d’acclimatation (Potosi - 4850 m), et chez 20 sujets natifs de l’Altiplano bolivien (~ 4000 m). Les résultats montrent que l’exposition aiguë ou subaiguë à l’altitude s’accompagne d’une hypertension pulmonaire modérée, avec maintien de la fonction systolique du VD et modifications mineures de sa fonction diastolique. Pour une même gravité d’hypertension pulmonaire, l’adaptation chronique des sujets natifs se caractérise par des altérations à la fois systoliques VD et diastoliques ventriculaires droite et gauche. Chez certains sujets, l’hypertension pulmonaire hypoxique peut être rapidement sévère. Nous en avons rapporté un cas dont l’échocardiographie-Doppler avec TDI montre l’existence d’une défaillance cardiaque droite, avec dilatation des cavités droites du cœur, mouvement paradoxal du septum interventriculaire, dilatation de la veine cave inférieure, et raccourcissement myocardique postsystolique prédominant à l’apex, le tout dans un contexte d’examen clinique négatif. Ce cas illustre l’apport de l’échocardiographie avec TDI en tant qu’outil non invasif, d’extension de l’examen clinique du cœur, et suggère que le diagnostic de défaillance cardiaque droite aiguë devrait faire partie de la liste des complications médicales de l’exposition à la haute altitude. Chapitre 5. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire chronique Chez les patients souffrant d’hypertension pulmonaire chronique, la symptomatologie et le pronostic sont essentiellement déterminés par l’adaptation de la fonction VD à la postcharge. Nous avons exploré la fonction VD par échocardiographie-Doppler complétée par TDI chez 18 patients souffrant d’hypertension pulmonaire, de type HTAP ou hypertension pulmonaire chronique d’origine thrombo-embolique (CTEPH), lors du cathétérisme du cœur droit inclus dans le bilan diagnostic initial. Les résultats montrent une diminution des indices de contraction régionale, prédominante au niveau de l’apex de la paroi libre VD, et des modifications de la relaxation des deux ventricules. Nous montrons également un quasi retour à la normale de la fonction VD, avec une disparition des anomalies à prédominance apicale, au cours d’un test de 9 réversibilité chez un patient HTAP dit « répondeur » (importante diminution de la pression artérielle pulmonaire moyenne à l’administration de vasodilatateurs pulmonaires). Chapitre 6. Application des techniques non invasives modernes à l’étude de la circulation pulmonaire et de la fonction ventriculaire droite chez les patients souffrant de sclérodermie Les patients souffrant de sclérodermie sont à risque de développer de l’HTAP. Néanmoins, le rendement des techniques de dépistage non invasives est décevant. Nous avons émis l’hypothèse que la détection d’une hypertension pulmonaire dans la sclérodermie peut être améliorée par l’échocardiographie d’effort. Nous avons mesuré, par échocardiographie-Doppler, chez 25 patients sclérodermiques, les pressions artérielles pulmonaires et le débit cardiaque, au repos et à l’effort, de façon à déterminer une RVP « dynamique », et corrélé les résultats à l’évaluation échocardiographie-Doppler avec TDI. Les résultats montrent que les patients sclérodermiques présentent fréquemment une altération de la fonction diastolique du VD en présence d’une pression artérielle pulmonaire systolique normale au repos mesurée à partir de la vitesse maximale du jet de régurgitation tricuspide. Cette dysfonction est corrélée au temps d’accélération du flux pulmonaire (indicateur de l’élastance artérielle pulmonaire) et à la RVP dynamique (mesure raffinée de la RVP). Nous en concluons que l’altération de la fonction diastolique du VD est fréquente dans la sclérodermie, et reflète, vraisemblablement, une hypertension pulmonaire latente. 10 Conclusions L’exploration fonctionnelle et hémodynamique des patients souffrant d’hypertension pulmonaire grave nécessite une meilleure caractérisation de la circulation pulmonaire et de la fonction VD, ce qui reste actuellement un grand défi. Nous avons montré que l’exploration hémodynamique de l’hypertension pulmonaire chronique peut être affinée au lit du malade par des mesures partiellement non invasives de l’impédance vasculaire pulmonaire. Nous avons aussi approfondi l’utilisation de l’échocardiographie-Doppler dans l’évaluation de la circulation pulmonaire et de la fonction VD et étudié l’apport du TDI. Nos résultats montrent que l’adaptation du VD à l’hypoxie aiguë et à l’altitude chez le sujet sain est surtout diastolique, avec préservation de la fonction systolique, sauf chez les sujets chroniquement exposés à l’altitude. Lors d’une élévation marquée des pressions artérielles pulmonaires en altitude, chez un sujet susceptible, le mouvement systolique longitudinal est altéré au niveau de l’apex du myocarde VD. Ce comportement se confirme dans l’hypertension pulmonaire chronique, avec une altération prédominante de la contraction apicale en relation avec le niveau de pression artérielle pulmonaire et dont la réversibilité est remarquable chez un patient dit « répondeur » aux vasodilatateurs pulmonaires. Enfin, nous avons pu montrer que la dysfonction diastolique du VD s’observe fréquemment dans la sclérodermie en l’absence d’une élévation anormale de la pression artérielle pulmonaire au repos, mais qu’elle est corrélée au temps d’accélération du flux pulmonaire et à la résistance vasculaire pulmonaire mesurée à l’effort. Ces observations sont compatibles avec la notion que la dysfonction diastolique isolée du VD dans la sclérodermie pourrait révéler une hypertension pulmonaire latente. La signification pronostique et thérapeutique de ces observations reste à préciser dans le futur, sur de plus larges populations. 11 Liste des publications o Huez S, Brimioulle S, Naeije R, Vachiery JL. Feasibility of routine pulmonary arterial impedance measurements in pulmonary hypertension. Chest 2004, 125:2121-2128. o Huez S, Retailleau K, Unger Ph, Pavelescu A, Derumeaux G, Vachiéry JL, Naeije R. Right and left ventricular adaptation to hypoxia. A tissue Doppler imaging study. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2005, 289:H1391-1398. o Huez S, Faoro V, Ajata A, Guénard H, Martinot JB, Naeije R. Cardiac adaptation to high-altitude: an echocardiographic and tissue Doppler imaging study. (in preparation). o Huez S, Faoro V, Vachiéry JL, Unger P, Martinot JB, Naeije R. High altitudeinduced right heart failure. Circulation 2007; 115:e308-309. o Huez S, Vachiéry JL, Unger P, Brimioulle S, Naeije R. Evaluation of cardiac adaptation to severe pulmonary hypertension by tissue Doppler imaging. Am J Cardiol 2007; 100:1473-1478. o Huez S, Vachiéry JL, Naeije R. Reversibility on right ventricular dysfunction in pulmonary arterial hypertension. (in review). o Huez S, Roufosse F, Vachiéry JL, Pavelescu A, Derumeaux G, Wautrecht JC, Cogan E, Naeije R. Isolated right ventricular dysfunction in systemic sclerosis: latent pulmonary hypertension? Eur Respir J2007; 30:928-36. 12 Liste des abréviations Générales : CTEPH : hypertension pulmonaire thromboembolique chronique HTAP : hypertension artérielle pulmonaire NO : oxyde nitrique Papm : pression artérielle pulmonaire moyenne Papo : pression artérielle pulmonaire occluse Paps : pression artérielle pulmonaire systolique Pod : pression auriculaire droite PVZ : impédance vasculaire pulmonaire RVP : résistance vasculaire pulmonaire SpO2 : saturation en oxygène mesurée par oxymétrie de pouls TDI : imagerie par Doppler tissulaire VD : ventricule droit VTI :intégrale vitesse-temps du flux Doppler Spectre d’impédance vasculaire pulmonaire : F0croisement : fréquence à laquelle l’angle de phase croise le zéro F1min : fréquence du premier minimum du module de PVZ IR : indice global de réflexion d’ondes Z0 : module de PVZ à zéro Hz Z1 : module de PVZ de la première harmonique Zc : impédance caractéristique Couplage ventriculo-artériel : Ea : élastance artérielle Ees : élastance télésystolique ventriculaire Pmax : pression maximale générée par le ventricule durant un battement isovolumétrique Imagerie par Doppler tissulaire : A’ : vitesse maximale de l’onde de contraction auriculaire myocardique ACIV : accélération de l’onde de contraction isovolumétrique myocardique Délai de E’ : temps entre le début du QRS sur le tracé électrocardiographique et le début de E’ Durée diastole : temps entre le début de E’et la fin de A’ E’ : vitesse maximale de l’onde de remplissage précoce myocardique S : vitesse maximale de l’onde d’éjection systolique myocardique TCIV : temps de contraction isovolumétrique myocardique TRIV : temps de relaxation isovolumétrique myocardique, mesuré comme l’intervalle de temps entre la fin de S et le début de E’ VCIV : vitesse maximale de l’onde de contraction isovolumétrique myocardique 13 Chapitre 1 Introduction 1.1 Introduction générale L’hypertension pulmonaire représente la troisième complication cardiovasculaire rencontrée dans le monde, après la coronaropathie et l’hypertension artérielle systémique. On parle d’hypertension pulmonaire lorsque la pression artérielle pulmonaire moyenne (Papm), mesurée lors du cathétérisme du cœur droit, est supérieure à 25 mmHg au repos ou 30 mmHg à l’effort(1). Des conférences de consensus, tenues sous l’égide de l’Organisation Mondiale de la Santé, à Evian en 1998, puis à Venise en 2003, ont abouti à une classification de l’hypertension pulmonaire en cinq catégories principales(5) : 1) L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), définie cliniquement comme un syndrome de dyspnée et de fatigue résultant de l’augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire (RVP), sans cause cardiaque ou pulmonaire identifiable. Il s’agit d’une vasculopathie des petites artères pulmonaires, à l’origine d’un remaniement des différentes couches de la paroi responsable de son épaississement. L’HTAP peut être idiopathique, familiale ou associée à des causes favorisantes, dont les principales sont la prise de certaines drogues ou toxiques dont les fenfluramines, les connectivites, l’infection par le virus d’immunodéficience acquise, les cardiopathies congénitales à shunt gauche-droit et l’hypertension portale. 2) L’hypertension pulmonaire par augmentation de la pression veineuse pulmonaire sur décompensation cardiaque gauche ou sténose mitrale. 3) L’hypertension pulmonaire secondaire aux maladies pulmonaires chroniques et/ou à l’exposition à l’hypoxie. 4) L’hypertension pulmonaire thrombo-embolique chronique (CTEPH). 14 5) l’hypertension pulmonaire de causes diverses plus rares, dont des parasitoses, la sarcoidose et l’histiocytose X. L’hypertension pulmonaire, quelle que soit son origine, est associée à une augmentation de la postcharge imposée au ventricule droit (VD)(6,7). Dans l’hypertension pulmonaire chronique, le VD défaille progressivement et l’inadéquation du débit cardiaque par rapport aux besoins en oxygène de l’organisme qui en résulte, détermine la symptomatologie et le pronostic des patients(8,9). L’évaluation hémodynamique de l’hypertension pulmonaire, par cathétérisme du coeur droit, quantifie globalement le processus pathologique par la mesure de RVP et ses répercussions par la mesure du débit cardiaque. Le registre national américain de l’HTAP, datant des années 80, a permis d’établir la valeur pronostique des mesures de Papm, de débit cardiaque et de la pression auriculaire droite (Pod)(8). Néanmoins, les corrélations de ces variables à la clinique, la classe fonctionnelle et l’aptitude à l’effort ne sont pas étroites et peuvent même être absentes dans certaines études pour la Papm(2,3,10). De plus, l’amélioration de l’aptitude à l’effort, sous l’effet de traitements efficaces, ne s’accompagne que de modifications mineures de l’hémodynamique au repos avec le plus souvent des diminutions de Papm de l’ordre de 1 à 5 mmHg et des gains en débit cardiaque qui n’excèdent pas le demi litre par minute(11-13). Actuellement, l’évaluation hémodynamique demeure essentielle lors de la prise en charge initiale des patients, mais son amélioration ne fait plus partie des objectifs thérapeutiques primaires dans les études récentes(14-16). Plusieurs hypothèses peuvent expliquer cette discordance entre mesures hémodynamiques et évaluation fonctionnelle des malades souffrant d’HTAP : - Premièrement, l’évaluation hémodynamique sous-estime la charge hydraulique imposée au VD, c’est-à-dire sa postcharge. En effet, elle recourt à l’estimation de pressions et de débits moyennés sur un grand nombre de cycles cardiaques. Cette approche dite « en hémodynamique continue » néglige la pulsatilité naturelle des systèmes circulatoires. Or, près d’un tiers à la moitié de la puissance hydraulique générée par le VD est dissipée en phénomènes oscillatoires(4,17). La réponse en fréquence des cathéters à colonne liquidienne, utilisés dans les laboratoires 15 d’explorations fonctionnelles, ne semble pas permettre l’étude de l’hémodynamique pulsatile. Une autre sous-estimation vient du fait que l’évaluation hémodynamique est réalisée au repos, en dehors des conditions de stress dans lesquelles apparaît la limitation fonctionnelle des patients(2,3). - Deuxièmement, l’évaluation hémodynamique invasive mesure le débit cardiaque mais ne donne pas d’information précise sur l’adaptation de la fonction VD à l’augmentation de postcharge. Or, celle-ci est déterminante dans la symptomatologie et le pronostic des patients, que ce soit dans l’HTAP, dans la bronchite chronique avec hypertension pulmonaire ou dans l’insuffisance cardiaque chronique(18-21). Cependant, l’étude de la fonction VD est compliquée par sa géométrie irrégulière (forme en croissant) et son profil de contraction non concentrique, rendant non valides les modèles mathématiques utilisés pour le calcul du volume et l’évaluation de la fonction ventriculaires gauches. Le but de ce travail a été de tenter d’améliorer la description et la compréhension de l’adaptation de la circulation pulmonaire et de la fonction VD dans l’hypertension pulmonaire. Pour ce faire, nous avons voulu : 1. revoir les concepts physiologiques régissant la circulation pulmonaire et la fonction VD et décrire les méthodes modernes utilisées dans ce travail, 2. évaluer la faisabilité de l’exploration semi invasive de l’hémodynamique pulsatile au lit du malade, 3. décrire l’apport de l’échocardiographie couplée à l’imagerie par Doppler tissulaire (TDI) pour l’étude non invasive de la fonction VD et de la circulation pulmonaire, dans l’hypertension pulmonaire. Les définitions des termes utilisés dans ce travail sont reprises en annexe 1. 16
