Volume d'éjection systolique et débit cardiaque (ITV sous-aortique)

Contexte clinique

Le calcul Doppler du volume d'éjection systolique et du débit cardiaque au niveau de la chambre de chasse du ventricule gauche (CCVG, LVOT) est la méthode non invasive standardisée de mesure du débit en échocardiographie. La méthode sert deux décisions principales : évaluer le débit cardiaque lors d'un bilan hémodynamique, et fournir l'index de volume d'éjection systolique qui sous-tend la gradation du rétrécissement aortique à bas débit. Sans un calcul fiable du volume d'éjection, l'équation de continuité ne peut être utilisée pour la surface valvulaire, et les phénotypes de rétrécissement aortique à bas débit ne peuvent être ni identifiés ni distingués d'une sténose modérée.

Calcul du volume d'éjection systolique et du débit cardiaque

La méthode repose sur l'hypothèse que la CCVG est circulaire et que le profil de vitesse du flux est plat. La surface de section est calculée à partir du diamètre de la CCVG, et le volume d'éjection s'obtient en multipliant cette surface par l'intégrale temps-vitesse (ITV) du flux sur un cycle cardiaque :

$$A_{\text{LVOT}} = \pi \times \left(\frac{d_{\text{LVOT}}}{2}\right)^{2}$$

$$SV = A_{\text{LVOT}} \times \text{VTI}_{\text{LVOT}}$$

$$CO = SV \times HR$$

$$CI = \frac{CO}{BSA}$$

où $d_{\text{LVOT}}$ est le diamètre de la CCVG en cm, $\text{VTI}_{\text{LVOT}}$ l'intégrale temps-vitesse dans la CCVG en cm, $HR$ la fréquence cardiaque en battements/min et $BSA$ la surface corporelle en m².

Le diamètre de la CCVG se mesure en incidence parasternale grand axe en mésosystole, 5 à 10 mm en amont de la valve aortique, et doit représenter le plus petit diamètre de la chambre de chasse [1]. L'ITV de la CCVG se mesure en Doppler pulsé en incidence apicale cinq cavités, le volume d'échantillonnage étant placé au même niveau que celui où le diamètre a été mesuré. Trois battements consécutifs doivent être moyennés, en particulier en fibrillation atriale.

La méthode a été standardisée sous sa forme actuelle par les recommandations communes de l'ASE et de l'EACVI pour l'examen échocardiographique, dont la dernière révision date de 2019 [1]. Ces recommandations définissent la technique de mesure, le choix des incidences et les exigences de qualité d'image, mais ne dérivent pas de score d'une cohorte particulière, la méthode étant un calcul physique et non un modèle de risque.

Interprétation en pratique

Un index de volume d'éjection systolique inférieur à 35 mL/m² est le seuil établi du rétrécissement aortique à bas débit et détermine si un patient à bas gradient et fraction d'éjection préservée doit être classé en sténose à bas débit paradoxal ou en sténose non serrée. Dans la gradation du rétrécissement aortique, c'est cette valeur qui décide si la surface valvulaire issue de l'équation de continuité doit être interprétée comme réellement serrée ou comme un artefact de bas débit.

Pour la surveillance purement hémodynamique, par exemple en réanimation, la méthode est surtout utile au suivi de tendance dans le temps plutôt qu'à la mesure absolue. Le diamètre de la CCVG étant anatomiquement fixe chez l'adulte, il n'a pas besoin d'être remesuré à chaque examen, et les variations de l'ITV de la CCVG reflètent alors directement les variations du volume d'éjection.

Validation et performance

La concordance de la méthode avec la thermodilution a été étudiée dans plusieurs contextes. Dans une étude prospective portant sur 167 patients opérés d'un pontage coronarien, le débit cardiaque a été mesuré par l'ITV de la CCVG en échocardiographie transœsophagienne et par thermodilution sur cathéter artériel pulmonaire, dans des conditions hémodynamiques stables [2]. Le débit cardiaque médian était de 3,64 L/min (IQR 1,59) avec l'ITV de la CCVG et de 3,90 L/min (IQR 1,6) avec la thermodilution, ce qui traduit une sous-estimation systématique d'environ 0,25 L/min par la méthode Doppler. La corrélation entre les deux méthodes n'était toutefois que modérée (r = 0,28), ce qui reflète des limites d'agrément larges à l'échelle individuelle.

Une étude menée chez des patients de réanimation, où le diamètre de la CCVG n'a pas pu être mesuré chez environ 27 % des patients, illustre la limite pratique de la méthode [3]. Lorsque la surface corporelle était utilisée comme substitut du diamètre de la CCVG, l'erreur devenait très importante : l'erreur en pourcentage atteignait 58 % avec une méthode BSA modifiée et 91 % avec la BSA brute comme substitut. Même un modèle d'apprentissage automatique fondé sur les caractéristiques des patients donnait une erreur en pourcentage de 33 % par rapport à la mesure experte. La conclusion était que la surface corporelle ne doit pas être utilisée en remplacement du diamètre de la CCVG mesuré.

La reproductibilité de la mesure de l'ITV a été examinée dans une étude regroupant 25 opérateurs et 20 patients porteurs d'un rétrécissement aortique [4]. Le coefficient de variation de l'ITV de la CCVG en Doppler pulsé était de 18,0 % (intra-opérateur 11,9 %, inter-opérateur 12,9 %), contre 10,1 % pour la mesure de la vitesse maximale sur le même tracé. La cause principale de la moins bonne reproductibilité de l'ITV tenait aux pentes abruptes du début et de la fin de l'enveloppe Doppler, difficiles à suivre de façon constante. Cela implique qu'une variation de l'ITV de la CCVG inférieure à environ 28 % chez un patient donné ne peut être distinguée d'une erreur de mesure avec une confiance de 95 %.

Limites

Le diamètre de la CCVG est élevé au carré et constitue donc la source d'erreur dominante. Une erreur de mesure de 2 mm sur un diamètre de 20 mm entraîne une erreur d'environ 20 % sur la surface de section. La mesure doit être réalisée en incidence parasternale grand axe en mésosystole, selon la technique bord interne à bord interne, à la base des feuillets de la valve aortique. Un placement erroné du volume d'échantillonnage pour la mesure de l'ITV, trop en amont ou trop en aval du niveau du diamètre, introduit une erreur supplémentaire.

La méthode suppose une géométrie circulaire de la CCVG. Chez les patients présentant une hypertrophie concentrique marquée ou un septum sigmoïde, la section peut être ovale, ce qui entraîne une erreur systématique d'estimation de la surface. Cela est particulièrement pertinent dans le rétrécissement aortique avec hypertrophie ventriculaire marquée.

La surface corporelle ne doit pas être utilisée comme substitut du diamètre de la CCVG [3]. La variabilité individuelle du diamètre de la CCVG est trop grande pour que des estimations fondées sur la BSA soient cliniquement acceptables.

La méthode ne s'applique pas en présence d'une prothèse aortique mécanique, d'un rétrécissement aortique serré avec calcifications de la CCVG, ni de cardiomyopathie hypertrophique avec obstruction dynamique de la chambre de chasse, car le profil de flux n'est alors pas plat et les tracés Doppler deviennent difficiles à interpréter. En cas de rythme irrégulier, en particulier de fibrillation atriale, une moyenne sur plusieurs battements est nécessaire, et en cas de forte variabilité battement à battement le calcul devient incertain.

La variabilité élevée de la mesure de l'ITV fait que la méthode est plus utile à l'échelle d'un groupe et au suivi de tendance qu'à la détermination absolue chez un patient donné [4]. Pour les décisions cliniques reposant sur une mesure unique, par exemple la gradation d'un rétrécissement aortique à bas débit, la mesure doit donc être répétée et moyennée sur plusieurs battements par un opérateur expérimenté.

Sources

1. Mitchell C et al. Guidelines for Performing a Comprehensive Transthoracic Echocardiographic Examination in Adults: Recommendations from the American Society of Echocardiography. J Am Soc Echocardiogr 2019. PMID: 30282592
2. Komanek T et al. Quantification of left ventricular ejection fraction and cardiac output using a novel semi-automated echocardiographic method: a prospective observational study in coronary artery bypass patients. BMC Anesthesiol 2023. PMID: 36855077
3. Aligholizadeh E et al. A novel method of calculating stroke volume using point-of-care echocardiography. Cardiovasc Ultrasound 2020. PMID: 32819371
4. Sacchi S et al. Doppler assessment of aortic stenosis: a 25-operator study demonstrating why reading the peak velocity is superior to velocity time integral. Eur Heart J Cardiovasc Imaging 2018. PMID: 29346531