Allongement du QT et torsades

La sensibilité de la repolarisation au potassium, au magnésium, à la fréquence et aux médicaments.

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Le modèle

Le modèle a trois couches, et la séparation n'est pas esthétique. Une couche cellulaire intègre trois potentiels d'action à travers la paroi ventriculaire, une couche ECG les convertit en QT et en onde T, et une couche de risque se tient à l'écart des deux. Le magnésium appartient à la couche de risque et à aucune autre — cela ne peut se dire proprement que si les couches sont séparées.

La couche cellulaire : trois myocytes — endocardique, cellule M, épicardique — sont intégrés séparément avec les mêmes courants et des densités de courant différentes. Les densités viennent de valeurs mesurées et non d'un fichier de modèle : la cellule M a 46 % de l'IKs de l'épicarde et 70 % de courant sodique tardif en plus (Liu et Antzelevitch 1995, Zygmunt 2001). La cellule M n'est donc pas postulée plus longue — elle le DEVIENT, et elle devient la plus sensible à un bloqueur de l'IKr pour exactement la même raison : c'est elle qui a le moins de réserve sur laquelle se rabattre. Le courant sodique rapide a été retiré à dessein ; à chaque activation, le potentiel de membrane est porté à +25 mV, ce qui supprime toute la raideur numérique au prix de deux ou trois millisecondes sur une mesure qui porte sur la repolarisation.

La dépendance au potassium est paradoxale et se calcule donc en deux temps. La conductance de l'IKr varie comme la racine carrée de la kaliémie, si bien qu'elle CHUTE quand le potassium baisse, alors même que le potentiel d'équilibre s'hyperpolarise et que la force motrice augmente. Par-dessus cela, la CI50 du médicament se déplace : un bloqueur à 20 % est un bloqueur à 27 % pour une kaliémie de 3,0 et à 36 % pour 2,0, ajusté sur Yang et Roden 1996. C'est pourquoi le potassium et le médicament ne peuvent pas être additionnés — ils se multiplient, et la barre d'interaction de la cascade est précisément ce produit.

La couche ECG. L'APD90 est le DERNIER franchissement du niveau des 90 %, non le premier : lors d'une post-dépolarisation, la courbe franchit le niveau, remonte et le franchit de nouveau. Le QT est la repolarisation la plus tardive quelque part dans la paroi, plus le délai depuis le début du complexe QRS ; le pic de l'onde T se situe à la repolarisation de l'épicarde et sa fin à celle de la cellule M, ce qui n'est pas une hypothèse ici mais la mesure de Yan et Antzelevitch sur la préparation en coin en 1998. L'onde T n'est jamais tracée à la main — elle est calculée comme le gradient transmural de tension, qui vaut exactement zéro lorsque les trois courbes sont identiques. Si l'on supprime la dispersion, l'onde T disparaît, et cela se voit dans la figure.

La fréquence porte aussi le tonus sympathique, et cette hypothèse doit être écrite. La stimulation bêta augmente l'IKs et l'ICaL en même temps — un courant sortant et un courant entrant. Chez le sujet sain, l'IKs l'emporte et le QT se raccourcit ; chez le porteur d'un LQT1, il n'y a que 40 % des canaux IKs à phosphoryler alors que tout l'ICaL répond, si bien que le QTc MONTE à l'effort au lieu de baisser. C'est Schwartz 2001 exprimé en deux termes. Sans eux, le potentiel d'action ne raccourcit que de 28 ms lorsque la fréquence passe de 30 à 140, contre les quelque 200 ms que suppose la relation de Fridericia, et le QTcF aurait oscillé de 170 ms au seul déplacement du curseur de fréquence.

La couche de risque est séparée du modèle. La post-dépolarisation est recherchée sur la courbe et non postulée, le magnésium n'agit que sur son amplitude et jamais sur l'intervalle (Tzivoni 1988), et la catégorie de risque comporte quatre niveaux à seuils nommés — jamais un pourcentage. La décomposition du ΔQTcF est l'analyse de sensibilité propre au modèle : huit relances, six barres et un terme d'interaction calculé comme le reste au lieu d'être affirmé.

dV/dt = −( I_Kr + I_Ks + I_K1 + I_to + I_CaL + I_NaL + I_pK ) / C_mI_Kr = G_Kr · √([K⁺]ₒ/5,4) · xr1 · xr2 · (V − E_K) · (1 − b) · s_sexeρ₄ = b₄/(1 − b₄); ρ = ρ₄ · e^(−0,40 · ([K⁺]ₒ − 4,0)); b = ρ/(1 + ρ)E_K = 26,7 · ln([K⁺]ₒ / 140) RT/F = 26,7 mV à 37 °Csymp = borner((FC − 50)/90, 0, 1); G_Ks ← G_Ks · (1 + 7,76 · symp); G_CaL ← G_CaL · (1 + 1,0 · symp)QT = Δ_act + max_i ( t_i + APD90_i ); Tpeak = Δ_act + t_épi + APD90_épi; Tp−e = QT − TpeakJ-Tpeak = QT − Tp−e − QRSΦ(t) = 0,40 · (V_endo − V_M) + 1,00 · (V_M − V_épi)QTcF = QT / RR^(1/3); QTcB = QT / √RR; QTcFram = QT + 154 · (1 − RR)f_Mg = (1 + (0,85 − 0,40)/1,20) / (1 + ([Mg²⁺] − 0,40)/1,20)Interaction = ΔQTcF(tous les facteurs) − Σ ΔQTcF(un facteur à la fois)

Conseils

  • Prenez Blocage pur de l'IKr : dofétilide puis Blocage multicanal : ranolazine. Le blocage est de 50 contre 15 %, et le QTc selon Fridericia passe de 473 à 410 ms — mais lisez la ligne Courant sodique tardif : la ranolazine l'abaisse à 80 %, et c'est cela qui dévore la moitié de l'allongement. Un QT long et un médicament torsadogène ne sont pas la même chose.
  • Mettez Blocage de l'IKr à une kaliémie de 4,0 à 20 % puis faites passer le Potassium sérique de 4,0 à 3,0. La lecture Blocage à la kaliémie actuelle passe de 20 à 27 % — le médicament est devenu plus puissant sans que la dose ait bougé — et le QTc selon Fridericia de 425 à 445 ms. Le terme en racine carrée et la CI50 déplacée tirent dans le même sens.
  • Prenez La patiente sous diurétique et lisez la cascade barre par barre. Le potassium donne 15 ms, le médicament 29, la fréquence 21 et Femme 10 — aucun d'eux n'atteint la ligne des 500 ms. C'est l'Interaction, à 39 ms, qui le fait : la plus grande barre de toutes, et elle est calculée à partir de huit relances, non affirmée.
  • Prenez LQT1 à l'effort et ramenez la Réserve d'IKs à 100 %. Le QTc selon Fridericia tombe de 520 à 398 ms sans que rien d'autre ait bougé : le raccourcissement que la fréquence aurait dû donner était là depuis le début, il ne pouvait simplement pas être récupéré. Abaissez ensuite la Fréquence cardiaque à 60 avec la réserve à 40 % — le QTc devient PLUS COURT au repos qu'à l'effort, ce qui est toute la raison pour laquelle les bêtabloquants ont protégé 81 % des patients LQT1 chez Schwartz.
  • Faites parcourir à la Fréquence cardiaque tout le trajet de 30 à 140 sans médicament. Le QTc selon Fridericia se déplace de 39 ms ; la ligne QTcB (Bazett) se déplace de 139 ms et franchit 450 pour un ventricule parfaitement normal. C'est pourquoi le chiffre principal est celui de Fridericia, et c'est précisément cette source d'erreur dont Vandenberk 2016 a divisé par deux le nombre de patients sous halopéridol signalés en la supprimant.
  • Faites glisser Magnésium sérique de 0,40 jusqu'à 3,00 dans n'importe quel préréglage. L'intervalle QT ne bouge pas d'une seule milliseconde — le magnésium atteint le déclencheur, jamais l'intervalle. Celui qui administre du magnésium puis remesure le QT pour voir si cela a aidé s'est mépris sur le médicament. Construisez ensuite le déclencheur à la main, car il existe : Fréquence cardiaque 40, Potassium sérique 3,0, Blocage de l'IKr à une kaliémie de 4,0 80 %, Réserve d'IKs 100 %, Courant sodique tardif 400 %, Femme et Pause après extrasystole activée. Une post-dépolarisation de 30 mV se lève alors un peu plus de 850 ms après le début du battement qui SUIT la pause, et le curseur du magnésium la ramène de 41 à 13 mV sans toucher au QT. Désactivez la pause et la bosse disparaît complètement. Mais lisez en même temps le QTc selon Fridericia : 704 ms. Le modèle PEUT montrer l'événement que le titre promet — il ne le fait qu'à un QT qu'aucune cohorte de patients ne présente, et c'est pour cela qu'aucun des six préréglages n'y aboutit.

Simplifications. Le modèle a trois cellules, pas une paroi. Il n'y a ni conduction ni couplage électrotonique, et les torsades ne sont donc jamais simulées — le modèle produit le SUBSTRAT, c'est-à-dire un APD long et une dispersion accrue, et s'arrête là. Le couplage entre cellules amortit en outre fortement les post-dépolarisations dans un tissu réel ; une cellule M découplée exagère à la fois son APD et sa propension à en produire. LA POST-DÉPOLARISATION EXISTE, MAIS SEULEMENT TRÈS LOIN DE LA CLINIQUE. Le détecteur mesure sur la courbe et il se déclenche bel et bien : à 40 battements par minute, avec une kaliémie de 3,0, un blocage de l'IKr de 80 %, un courant sodique tardif de 400 %, une réserve d'IKs préservée, un sexe féminin et une pause compensatrice, une bosse de 30 mV se lève un peu plus de 850 ms après le début du battement qui suit la pause, alors que la cellule revient encore au repos à temps. La pause est le déclencheur et pas seulement une aggravation — sans elle, la bosse ne paraît pas du tout, tout le reste étant identique. Le prix est que ces occurrences s'accompagnent presque toujours d'un QTcF bien supérieur à celui qui est observé en clinique, mais pas sans exception : sur 1 404 combinaisons testées, 1 299 ont donné une post-dépolarisation avec repolarisation préservée, et 75 d'entre elles se situaient sous 665 ms — la plus basse à 571 ms, à 37 battements par minute et avec une kaliémie de 2,6. Schwartz a mesuré 506 ms en moyenne chez ses patients LQT3. C'est pour cela qu'aucun des six préréglages ne la déclenche, et pour cela que personne ne doit lire l'amplitude comme une mesure de la proximité d'un patient réel : elle dit seulement que le modèle a franchi son propre seuil. Le chemin pour y parvenir est décrit sous forme de réglages dans Ce qui vaut la peine d'être essayé. Le niveau de risque "substrat de torsades" est donc atteint par deux chemins — la bosse sur le plateau, et l'absence de repolarisation. Dans le second cas, les chiffres au-dessus sont la durée du cycle et non un intervalle QT, et l'affichage le dit explicitement lorsque cela se produit. Ce qui manque malgré tout, c'est le cycle du calcium : sans libération sarcoplasmique et sans inactivation de l'ICaL dépendante du calcium, la post-dépolarisation ne provient que du courant de fenêtre de l'ICaL, et la post-dépolarisation TARDIVE — celle qui naît de la surcharge calcique et qui porte l'événement déclenché par les catécholamines — n'existe pas du tout. La gestion du calcium est donc entièrement absente, et la décharge d'adrénaline qui déclenche réellement l'événement chez le patient LQT1 et LQT2 n'existe que sous la forme d'une mise à l'échelle de l'IKs et de l'ICaL dépendante de la fréquence, et non comme un curseur à part entière. La fréquence est un SUBSTITUT du tonus sympathique, ce qui signifie qu'un pouls imposé par un stimulateur, par une fibrillation auriculaire ou par un bloc auriculo-ventriculaire porte dans le modèle une stimulation adrénergique que le patient n'a pas. Le courant sodique rapide a été retiré à dessein. La vitesse de conduction, la largeur du QRS et tout ce qui touche à la classe Ic restent en dehors ; le QRS est supposé être de 90 ms et n'est pas calculé. L'élargissement du QRS de l'hyperkaliémie n'apparaît donc pas, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles le curseur du potassium s'arrête à 6,0. L'ICaL est ohmique et non GHK et n'a pas d'inactivation dépendante du calcium. Un septième courant, le courant potassique de plateau, a été ajouté aux six qui portent la physiologie : sans un courant sortant actif au potentiel de plateau et inactif pendant la phase 3, le modèle réduit n'a aucun équilibre de plateau. Le potassium sérique est utilisé comme potassium extracellulaire. Ce n'est pas la même chose, surtout lors de transferts aigus — insuline, bêta-stimulants, acidose — où le potassium local du myocyte est en retard sur la valeur mesurée. Le magnésium ne touche pas du tout au potentiel d'action, et le modèle ignore que l'hypomagnésémie provoque une perte rénale de potassium : chez un patient réel, les deux voyagent ensemble, ici ce sont des curseurs indépendants. Le curseur du magnésium ne met en outre à l'échelle que l'amplitude de la post-dépolarisation, et dans presque toute la plage où une post-dépolarisation apparaît, l'amplitude se situe si haut au-dessus du seuil que même 3,0 mmol/L ne la fait pas passer en dessous. Le magnésium change le chiffre à l'écran, rarement la catégorie de risque — ce qui est la bonne direction selon Tzivoni, mais cela veut dire que la figure ne peut pas montrer le magnésium en train de sauver le patient. Le médicament est UN seul chiffre : la fraction d'IKr bloquée. Les vrais médicaments bloquent plusieurs canaux. Le vérapamil bloque l'hERG et n'allonge pas du tout le QT parce qu'il bloque davantage le Cav1.2 ; l'amiodarone allonge le QT plus fortement que presque tout autre médicament et provoque des torsades dans moins de 1 % des cas. Ni l'un ni l'autre ne peut être reproduit ici, et le curseur du courant sodique tardif n'est qu'un moyen grossier de contourner la limite. Il n'y a pas de cinétique de liaison : le blocage piégé et la dépendance à l'usage dans le blocage lui-même sont absents, et seule apparaît la dépendance à la fréquence qui découle des portes propres de la cellule. Le curseur n'est pas non plus une dose — deux patients à la même dose atteignent des concentrations plasmatiques libres différentes, et un inhibiteur du CYP3A4 peut les multiplier. Le QT est un chiffre issu d'un segment de paroi. Un QT sur un ECG à 12 dérivations est le plus long de toutes les dérivations et porte aussi la dispersion apico-basale et interventriculaire ; le Tpeak–Tend du modèle est systématiquement plus petit que celui qui est mesuré. La fréquence est fixe et régulière : la fibrillation auriculaire, toute ectopie autre que l'unique pause modélisée et les transitoires de fréquence n'existent pas. La relation QT-RR du modèle est en outre plus plate que celle de la population, ce qui est une propriété de tous les modèles unicellulaires et la raison pour laquelle le QTcF du modèle diminue en dessous de 40 battements par minute. La catégorie de risque est une règle, pas une probabilité. Aucun chiffre de la simulation n'est un risque de torsades chez un patient. Un QTcF de 500 ms et un Tp−e/QT de 0,28 sont des seuils de population issus de documents de recommandations ; beaucoup de patients les franchissent sans jamais faire d'arythmie, et des torsades surviennent en dessous de 500 ms. Il n'y a ni âge, ni fonction ventriculaire gauche, ni sepsis, ni infarctus du myocarde, ni fonction rénale, ni interaction médicamenteuse — le score de Tisdale contient tout cela, ce modèle quatre de ses dix variables. Le sexe est une seule mise à l'échelle de la conductance de l'IKr, calibrée sur la différence moyenne de QTc. Il ne représente ni le cycle menstruel, ni la grossesse, ni le fait que la plus grande partie du surrisque féminin n'est PAS expliquée par le QTc de base : Makkar a retrouvé la surreprésentation même après stratification sur l'hypokaliémie, la bradycardie et la valeur de base. Les valeurs des paramètres sont des moyennes de la littérature, et plusieurs proviennent du chien et du cobaye : les gradients transmuraux sont des mesures canines et les formulations des courants dérivent en partie de myocytes de cobaye. Les myocytes humains pris un à un varient fortement autour de ces moyennes, et c'est précisément cette variation qui décide qui sera touché.

Le modèle repose sur

  • Sanguinetti MC, Jurkiewicz NK. Two components of cardiac delayed rectifier K+ current. J Gen Physiol 1990 (IKr et IKs séparés ; le fondement de la dépendance au potassium).
  • Yang T, Roden DM. Extracellular potassium modulation of drug block of IKr. Circulation 1996 (la CI50 du dofétilide est passée de 2,7 à 79 nmol/L lorsque [K⁺]ₒ est passé de 1 à 8 mmol/L).
  • ten Tusscher KHWJ et al. A model for human ventricular tissue. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2004 (les formulations des courants).
  • O'Hara T et al. Simulation of the undiseased human cardiac ventricular action potential. PLoS Comput Biol 2011 (le modèle sur lequel repose CiPA ; les deux composantes d'inactivation de l'ICaL).
  • Rush S, Larsen H. A practical algorithm for solving dynamic membrane equations. IEEE Trans Biomed Eng 1978 (l'intégration des portes).
  • Liu DW, Antzelevitch C. Characteristics of the delayed rectifier current in canine ventricular epicardial, midmyocardial, and endocardial myocytes. Circ Res 1995 (courant de queue IKs 1,99 / 0,92 / 1,83 pA/pF ; APD90 262 / 358 / 287 ms).
  • Zygmunt AC et al. Larger late sodium conductance in M cells contributes to electrical heterogeneity in canine ventricle. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2001 (INa tardif 47 % plus grand dans les cellules M).
  • Yan GX, Antzelevitch C. Cellular basis for the normal T wave and the electrocardiographic manifestations of the long-QT syndrome. Circulation 1998 (le pic de T à la repolarisation de l'épicarde, la fin de T à celle de la cellule M).
  • Gima K, Rudy Y. Ionic current basis of electrocardiographic waveforms: a model study. Circ Res 2002 (pseudo-ECG à partir du gradient de tension).
  • Xia Y et al. Tpeak-Tend interval as an index of global dispersion of ventricular repolarization. J Interv Card Electrophysiol 2005 (seul le Tp−e maximal suit la dispersion globale).
  • Hondeghem LM, Carlsson L, Duker G. Instability and triangulation of the action potential predict serious proarrhythmia, but action potential duration prolongation is antiarrhythmic. Circulation 2001 (1 071 cœurs).
  • Roden DM. Drug-induced prolongation of the QT interval. N Engl J Med 2004, et Roden DM. Repolarization reserve: a moving target. Circulation 2008.
  • Crumb WJ et al. An evaluation of 30 clinical drugs against the CiPA proposed ion channel panel. J Pharmacol Toxicol Methods 2016 (sotalol 14,7 µmol/L contre 86,4 µmol/L ; dofétilide 2,1 nmol/L contre 2 nmol/L ; ranolazine 1,95 µmol/L contre Nav1.5-late 7,9 µmol/L).
  • Johannesen L et al. Differentiating drug-induced multichannel block on the electrocardiogram: randomized study of dofetilide, quinidine, ranolazine, and verapamil. Clin Pharmacol Ther 2014 (ΔQTc +74 / +79 / +12 / 0 ms).
  • Johannesen L et al. Late sodium current block for drug-induced long QT syndrome. Clin Pharmacol Ther 2016 (la mexilétine et la lidocaïne ont réduit de 20 ms l'allongement du QTc dû au dofétilide).
  • Funck-Brentano C et al. Rate dependence of sotalol-induced prolongation of ventricular repolarization during exercise in humans. Circulation 1991 (QTc +5,8 % à 320 mg/jour ; l'allongement augmente quand la fréquence baisse).
  • Krogager ML et al. The relationship between serum potassium concentrations and electrocardiographic characteristics in 163 547 individuals from primary care. J Electrocardiol 2019 (QTcF plus long de 12,8 ms par mmol/L de potassium en dessous de 4,1).
  • Tzivoni D et al. Treatment of torsade de pointes with magnesium sulfate. Circulation 1988 (2 g ont supprimé les torsades chez 9 patients sur 12 en 1–5 minutes SANS modification de l'intervalle QT).
  • Kay GN et al. Torsade de pointes: the long-short initiating sequence and other clinical features. J Am Coll Cardiol 1983 (41 des 44 épisodes ont débuté par une séquence longue–courte ; la stimulation cardiaque a été le seul traitement constamment efficace).
  • Makkar RR et al. Female gender as a risk factor for torsades de pointes associated with cardiovascular drugs. JAMA 1993 (70 % des 332 cas rapportés étaient des femmes).
  • Schwartz PJ et al. Genotype-phenotype correlation in the long-QT syndrome. Circulation 2001 (670 patients ; LQT1 62 % des événements à l'effort contre 3 % au repos).
  • Vandenberk B et al. Which QT correction formulae to use for QT monitoring? J Am Heart Assoc 2016 (6 609 patients ; Fridericia et Framingham les meilleures, Bazett la pire).
  • Drew BJ et al. Prevention of torsade de pointes in hospital settings. Circulation 2010 (les seuils de surveillance), et ICH E14 avec ses questions-réponses ultérieures (450, 480 et 500 ms).
  • Tisdale JE et al. Development and validation of a risk score to predict QT interval prolongation in hospitalized patients. Circ Cardiovasc Qual Outcomes 2013 (un score faible ≤6 donnait 15 %, modéré 7–10 donnait 37 %, élevé ≥11 donnait 73 % d'incidence).
  • Hohnloser SH, Klingenheben T, Singh BN. Amiodarone-associated proarrhythmic effects. Ann Intern Med 1994 (incidence inférieure à 1 % malgré un allongement marqué du QT).