Introduction à l’épreuve d’effort (épreuve sur tapis roulant, ECG d’effort)

L’épreuve d’effort est utilisée en routine depuis plus de 60 ans pour évaluer la fonction cardio-pulmonaire et diagnostiquer les maladies cardiovasculaires. La valeur de l’épreuve d’effort est évidente car la capacité d’exercice (capacité cardio-pulmonaire) est l’un des principaux facteurs prédictifs de la mortalité cardiovasculaire et générale.L’utilité clinique de l’épreuve d’effort est donc immense et la procédure peut être utilisée dans de nombreuses situations, allant du dépistage médical à l’évaluation des symptômes après un pontage aorto-coronarien. Traditionnellement, l’indication la plus courante de l’épreuve d’effort est l’évaluation diagnostique de la maladie coronarienne. Toutefois, les lignes directrices actuelles (ESC, AHA, ACC) découragent l’utilisation de l’épreuve d’effort pour l’évaluation de la maladie coronarienne, en raison de la faible sensibilité de la méthode (voir détails ci-dessous). La sensibilité et la spécificité sont considérablement plus élevées pour la tomodensitométrie, la tomographie par émission monophotonique, l’échocardiographie et la coronarographie, qui sont donc les modalités recommandées pour l’évaluation de la maladie coronarienne (voir Évaluation de la maladie coronarienne et de l’angine de poitrine). Cependant, l’épreuve d’effort fournit un paramètre fondamental qui ne peut être obtenu par les autres méthodes d’imagerie, à savoir la capacité d’exercice (et la VO2 max, voir ci-dessous). Outre la capacité d’exercice, l’épreuve d’effort fournit également des informations sur la réaction électrocardiographique (ECG), l’apparition d’arythmies, les symptômes, les réactions physiologiques (pression artérielle, fréquence cardiaque) pendant et après l’exercice, etc.

L’épreuve d’effort peut également être appelée ECG d’effort ou test de tolérance à l’effort. Étant donné que la grande majorité des tests d’effort aux États-Unis sont effectués sur un tapis roulant, le terme test sur tapis roulant est presque devenu synonyme de test d’effort. Toutefois, le terme test sur tapis roulant ne doit être utilisé que pour désigner les tests d’effort effectués sur un tapis roulant. Dans de nombreuses régions du monde, la bicyclette est préférée au tapis roulant, comme nous le verrons plus loin.

Rôle de l’électrocardiogramme (ECG) dans l’épreuve d’effort

On croit souvent à tort que l’ECG est le principal paramètre de l’épreuve d’effort. La réaction de l’ECG est en effet importante, mais plusieurs autres paramètres le sont tout autant. En fait, un grand nombre de preuves démontrent que le prédicteur le plus fort de la mortalité cardiovasculaire et globale est l’absorption maximale d’oxygène (pic), qui est une mesure de l’aptitude cardiovasculaire et de la capacité d’exercice. Dans la pratique clinique, cependant, il est difficile d’atteindre le pic d’absorption d’oxygène parce qu’il nécessite un effort maximal, ce que les patients atteignent rarement. Les patients sont généralement limités par la fatigue des jambes, l’inconfort, les maladies cardiovasculaires, le manque de motivation, etc. En outre, la mesure du pic d’absorption d’oxygène est techniquement difficile, et c’est pourquoi l’intensité de travail maximale est utilisée comme indicateur du pic d’absorption d’oxygène. Ce point est abordé en détail ci-dessous.

L’objectif de l’épreuve d’effort est d’induire un stress cardiovasculaire afin de provoquer des symptômes, des modifications de l’ECG, une réponse de la pression artérielle et de la fréquence cardiaque, ainsi que d’évaluer les déterminants limitatifs de la capacité d’exercice. Ces paramètres offrent des informations diagnostiques et pronostiques qui ne peuvent être obtenues qu’au cours d’un exercice physique.

Indépendamment des autres facteurs de risque traditionnels, la capacité d’exercice est l’un des meilleurs prédicteurs du risque d’événements indésirables futurs dans pratiquement toutes les populations de patients, y compris les individus apparemment en bonne santé.

L’épreuve d’effort à l’ère de l’imagerie cardiovasculaire non invasive

Les progrès de la tomographie informatisée (CT), de l’imagerie par résonance magnétique cardiaque (IRMc) et de l’échocardiographie ont permis une imagerie fonctionnelle et anatomique détaillée de l’anatomie cardiaque, l’évaluation de la sténose des artères coronaires et de l’ischémie myocardique. Ces méthodes offrent une plus grande sensibilité et spécificité par rapport à l’épreuve d’effort. Par conséquent, l’épreuve d’effort n’est plus la modalité préférée pour l’évaluation d’une maladie coronarienne présumée. Cependant, l’épreuve d’effort est peu coûteuse, largement disponible et ne dépend pas de l’examinateur, elle ne confère pas de radiations nocives et fournit de nombreux autres paramètres qui peuvent améliorer l’évaluation et le pronostic cardiovasculaires. L’épreuve d’effort permet également d’évaluer l’effet des interventions et des médicaments. En outre, l’épreuve d’effort fournit des informations sur les facteurs limitant la capacité d’exercice (voir ci-dessous). L’épreuve d’effort reste l’un des instruments diagnostiques les plus importants en médecine.

Tableau 1. Sensibilité et spécificité des différentes modalités d’évaluation de la maladie coronarienne.

Modalité	Sensibilité (%)	Spécificité (%)
Test d’effort (ECG d’effort)	40-50%	85-90%
Échocardiographie d’effort	80-85%	80-88%
Imagerie SPECT à l’effort	73-92%	63-87%
Échocardiographie de stress à la dobutamine	79-83%	82-86%
IRM de stress avec dobutamine	72-79%	81-91%
Échocardiographie de stress avec vasodilatateur	90-91%	75-84%
TEMP d’effort avec vasodilatateur	67-94%	61-85%
CTA artère coronaire	95-99%	64-83%
TEP de stress avec vasodilatateur	91-97%	74-91%

Objectif des tests de résistance à l’effort

Bien que l’épreuve d’effort soit presque synonyme d’évaluation de la maladie coronarienne, la procédure peut être utilisée à plusieurs autres fins, comme suit :

• Évaluation du risque cardiovasculaire.
• Détection de la maladie coronarienne (cardiopathie ischémique). Les personnes présentant une douleur thoracique (ou d’autres symptômes évoquant une ischémie myocardique) peuvent être évaluées à l’aide d’une épreuve d’effort, bien que la sensibilité soit considérablement plus élevée avec d’autres modalités (tableau 1).
• Évaluation de la maladie coronarienne. Les personnes atteintes d’une cardiopathie ischémique connue subissent fréquemment des épreuves d’effort dans le cadre de la stratification des risques, de l’évaluation de la capacité fonctionnelle, des facteurs limitants, des symptômes et des modifications de l’ECG. Des épreuves d’effort répétées sont utiles pour suivre l’évolution de la maladie et permettent d’adapter la prise en charge du patient.
• Évaluation de la réponse thérapeutique. Le test d’effort peut être utilisé pour évaluer l’effet de médicaments ou d’interventions telles que PCI (intervention coronarienne percutanée), CABG (pontage aorto-coronarien), CRT (thérapie de resynchronisation cardiaque) etc. Le but du test d’effort est d’évaluer si de telles interventions ont réduit l’intensité ou la fréquence des symptômes ou d’autres signes anormaux (par ex. arythmies).
• Évaluation du risque périopératoire pour la chirurgie non cardiaque : L’épreuve d’effort est utilisée en routine pour évaluer indirectement le risque périopératoire en mesurant la réponse cardiovasculaire, les symptômes et la réaction de l’ECG pendant l’exercice.
• Prescription d’exercices : Pour certains patients, il peut être nécessaire d’évaluer la capacité fonctionnelle et la réponse à l’exercice avant de prescrire un exercice. Le test d’effort vise à détecter les symptômes significatifs et les réponses cardiovasculaires anormales à différents niveaux d’intensité. Cela permet de définir un niveau d’intensité d’exercice approprié.
• Déterminer le degré d’invalidité : L’épreuve d’effort peut être utilisée pour déterminer le degré d’invalidité des patients atteints d’une maladie cardiovasculaire.

Néanmoins, la grande majorité des patients orientés vers une épreuve d’effort sont des patients chez qui l’on soupçonne une cardiopathie ischémique.

Test d’effort cardio-pulmonaire (ergospirométrie)

L’épreuve d’effort cardio-pulmonaire (CPET, ergospirométrie) permet d’évaluer les réponses intégratives à l’exercice impliquant les systèmes pulmonaire, musculo-squelettique et cardiovasculaire. Cela permet une évaluation plus complète de ces trois systèmes organiques. Le CPET est non invasif mais techniquement plus difficile que les tests d’effort traditionnels. L’utilisation du CPET a augmenté régulièrement au cours des dernières décennies. La mesure pulmonaire la plus intéressante est l’échange gazeux, qui est analysé en continu pendant l’exercice. En analysant les niveaux d’oxygène, les niveaux de dioxyde de carbone, les volumes respiratoires, la fréquence respiratoire et l’absorption d’oxygène, il est possible d’estimer le débit cardiaque et l’absorption maximale d’oxygène, ce qui constitue la meilleure mesure de la capacité d’exercice. L’ergospirométrie est fréquemment utilisée pour le pronostic de l’insuffisance cardiaque et des maladies pulmonaires.

Sécurité des tests d’effort

Le test d’effort est une procédure sûre. Plus de six décennies d’expérience et de recherche attestent que le risque de complications est très faible. On estime qu’il y a environ 1 décès et 2 infarctus aigus du myocarde pour 10 000 tests effectués. Ces estimations varient légèrement d’une étude à l’autre, en fonction des caractéristiques de la population de patients.

Bien que les tests d’effort ne devraient pas être directement comparés à la course de fond, en raison des différences dans le type de charge de travail et l’état de santé des participants, il pourrait être intéressant de comparer la mortalité dans ces deux situations. Environ 1 participant sur 184 000 à des courses de longue distance est victime d’un arrêt cardiaque soudain (JH Kim et al, NEJM). Ce chiffre doit être considéré à la lumière des différences d’âge, de facteurs de risque, de conditions coexistantes, etc. entre ceux qui effectuent des tests d’effort et ceux qui participent à un marathon.

En effet, le risque associé à la réalisation d’un test d’effort est très faible. Le risque existant s’explique vraisemblablement par le danger de provoquer une ischémie myocardique. En bref, l’ischémie myocardique peut induire une tachycardie ventriculaire qui peut dégénérer en fibrillation ventriculaire et en arrêt cardiaque. Le risque de tachycardie ventriculaire dépend de l’étendue de l’ischémie (l’ischémie transmurale entraîne un risque élevé de tachycardie ventriculaire, par rapport à l’ischémie sous-endocardique qui est moins dangereuse).

Malgré l’innocuité de l’épreuve d’effort, les patients doivent être sélectionnés avec soin afin de minimiser les risques et de maximiser l’utilité de la procédure.

Sélection des patients

L’épreuve d’effort était auparavant le premier choix pour les patients suspectés de cardiopathie ischémique si la probabilité de la maladie était intermédiaire. L’utilité du test dépend de la probabilité du patient d’être réellement atteint d’une cardiopathie ischémique. Il convient donc de commencer par évaluer la probabilité du patient d’être atteint d’une cardiopathie ischémique. Cette approche est appelée approche bayésienne, du nom du statisticien Thomas Bayes. L’approche bayésienne stipule que la probabilité que le test révèle une maladie dépend du risque que le patient ait réellement la maladie. C’est ce que l’on appelle la probabilité pré-test. La probabilité pré-test dépend de facteurs de risque tels que l’âge, le sexe, les symptômes, le taux de cholestérol, le tabagisme, le diabète, les habitudes alimentaires, etc. L’évaluation de toutes ces variables peut s’avérer assez lourde, c’est pourquoi la Société européenne de cardiologie (ESC) propose une évaluation plus pragmatique comprenant uniquement l’âge, le sexe et les symptômes. Ces trois variables sont suffisantes pour estimer une probabilité pré-test. Ce point sera discuté en détail plus loin.

Il est donc essentiel d’évaluer la probabilité pré-test avant d’orienter les patients vers un ECG d’effort. Il est également important que le patient soit capable d’effectuer le test. Tous les patients ne sont pas capables de marcher sur un tapis roulant ou de faire du vélo, tandis que d’autres ne sont pas capables de suivre des instructions ou de communiquer verbalement. Les patients souffrant de rhumatismes, d’amputations, de claudication sévère, etc, peuvent également avoir des difficultés à effectuer le test. Ces facteurs doivent également être pris en considération.

Il est également important d’évaluer s’il y a des changements dans l’ECG au repos qui peuvent nuire à l’évaluation de la réaction de l’ECG pendant le test.

Modifications de l’ECG au repos qui nuisent à l’évaluation de la réaction de l’ECG à l’effort

La présence de modifications significatives du segment ST-T sur l’ECG au repos peut nuire à l’évaluation de la réaction de l’ECG pendant l’exercice. En ce qui concerne l’ECG, le but de l’épreuve d’effort est de provoquer des modifications ischémiques de l’ECG (dépressions du segment ST). Cependant, il existe plusieurs conditions qui provoquent des changements ST-T (y compris des dépressions ST) sur l’ECG au repos et leur présence rendra généralement l’interprétation de l’ECG pendant l’exercice plus difficile. Par exemple, certaines conditions peuvent entraîner des modifications du segment ST-T qui simulent et masquent les modifications ischémiques de l’ECG. L’exemple le plus évident est le bloc de branche gauche (BBG), qui provoque des modifications ST-T secondaires marquées (y compris l’élévation ST, la dépression ST et l’inversion de l’onde T) et masque également les modifications ST-T ischémiques. Par conséquent, les patients présentant un bloc de branche gauche à l’ECG de repos ne doivent généralement pas être orientés vers un ECG d’effort.

Les patients qui prennent de la digoxine (digitaline) peuvent également présenter des modifications significatives du segment ST-T, en particulier des dépressions du segment ST, sur l’ECG au repos. Ces dépressions ST sont généralement généralisées, ce qui signifie qu’elles sont évidentes dans la plupart des dérivations de l’ECG. La digoxine doit être suspendue 24 heures avant l’épreuve d’effort.

Les patients présentant une pré-excitation (syndrome de Wolff-Parkinson-White) avec des ondes delta sur l’ECG de repos peuvent ne pas être adaptés à l’ECG d’effort. Les ondes delta sont généralement associées à des modifications ST-T secondaires qui peuvent également altérer l’interprétation de l’ECG de l’ischémie.

Les patients porteurs de stimulateurs cardiaques présentent toujours des modifications ST-T secondaires, ce qui rend la détection de l’ischémie très difficile. Les patients porteurs de stimulateurs cardiaques ne sont pas adaptés à l’ECG d’effort.

Les patients souffrant d’hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) peuvent présenter des modifications ST-T secondaires avec des élévations ST (V1, V2) et des dépressions ST (V5, V6, aVL, I). Les dépressions ST peuvent dépasser 1 mm sur l’ECG de repos, ce qui rend le test d’effort moins utile pour détecter l’ischémie. En revanche, si les dépressions ST sont inférieures à 1 mm, le test d’effort peut être utile.

Certains patients présentent également des dépressions du segment ST sur l’ECG de repos sans explication évidente. En règle générale, si les dépressions du segment ST sont de 1 mm, le test d’effort peut être utile.

Si l’un des éléments ci-dessus suggère que le test d’effort n’est pas utile au patient, il est recommandé de choisir d’autres modalités.

Il convient de noter que le bloc de branche droit (BBD) n’interfère pas avec la détection de l’ischémie, c’est-à-dire qu’il est tout à fait possible de détecter une ischémie en présence d’un bloc de branche droit. Les lecteurs qui connaissent l’aspect du BBDR savent peut-être qu’il est associé à des dépressions du segment ST (au point J-60) dans les dérivations V1-V3, mais cela pose rarement un problème car, en cas d’ischémie myocardique, les dépressions du segment ST sont rarement limitées aux dérivations V1-V3, puisqu’elles sont pratiquement toujours observées également dans les dérivations V4-V6.

Probabilité de pré-test: sélection des patients appropriés

Bien que l’épreuve d’effort ne soit plus recommandée pour l’évaluation de la maladie coronarienne, la justification de la probabilité pré-test est toujours d’actualité.

Comme indiqué ci-dessus, la probabilité pré-test est la probabilité que le patient soit atteint d’une maladie coronarienne sur la base des symptômes, de l’âge et du sexe. Ces trois variables sont de puissants prédicteurs de la maladie coronarienne et sont également facilement disponibles. La probabilité pré-test est liée au théorème de Bayes (Thomas Bayes, 1701-1761). Ce théorème stipule que la probabilité d’un événement est liée aux circonstances associées à cet événement. Dans ce scénario, la probabilité d’une maladie coronarienne sera liée à l’âge, au sexe et aux symptômes. La probabilité pré-test est facile à évaluer et doit toujours l’être. L’objectif de la probabilité pré-test est le suivant :

• Identifier les patients dont la probabilité de maladie est très faible : ces patients n’ont très probablement pas la maladie et le test n’est donc pas particulièrement utile. En outre, s’ils sont atteints de la maladie, il est probable que celle-ci soit très légère et que le test ne permette pas de la détecter.
• Identifier les patients présentant une très forte probabilité de maladie : ces patients sont très probablement atteints de la maladie et le test n’est donc pas nécessaire.

Calcul de la probabilité de pré-test (PTP)

La probabilité d’une maladie coronarienne est fonction de la prévalence de la maladie et des caractéristiques du patient.

Si le patient représente une population où la prévalence de la maladie coronarienne est élevée et qu’il présente tous les symptômes de la maladie, la PTP est alors très élevée. Dans ce cas, l’utilité des tests diagnostiques diminue car ils ne feront presque certainement que confirmer un diagnostic déjà probable. L’inverse est également vrai : si la maladie est rare et que le patient ne présente aucun symptôme correspondant à la maladie, il est peu probable qu’un examen révèle quoi que ce soit d’utile. En général, les tests diagnostiques sont plus utiles lorsqu’ils sont utilisés chez des patients présentant une probabilité intermédiaire de maladie.

• Si la probabilité d’une maladie coronarienne est faible et que l’examen est négatif, la maladie coronarienne peut être exclue.
• Si la probabilité d’une maladie coronarienne est élevée et que l’examen est positif, la maladie coronarienne peut être confirmée.

La probabilité de maladie coronarienne avant le test est estimée en fonction du sexe, de l’âge et des symptômes (Figure 1).

Si la PTP est de 5 %, la maladie coronarienne est peu probable. Cela signifie que d’autres diagnostics sont plus probables et que les examens complémentaires pour la maladie coronarienne ne doivent être effectués que dans des circonstances particulières. L’utilité des tests non invasifs est maximale si la PTP est de 15 %. Si la PTP est comprise entre 5 et 15 %, les paramètres suivants doivent être pris en compte pour évaluer la probabilité clinique d’une maladie coronarienne :

1. Facteurs de risque
2. Antécédents médicaux et état de santé
3. Résultats de l’ECG
4. Résultats échocardiographiques.

La probabilité clinique d’une maladie coronarienne augmente avec le nombre de facteurs compatibles avec une maladie coronarienne. Ainsi, la probabilité clinique de maladie coronarienne est la somme de la PTP et des paramètres ci-dessus (facteurs de risque, antécédents, état, ECG au repos, échocardiographie).

Le score calcique coronarien peut être pris en compte lors de l’évaluation de la probabilité clinique. Il convient toutefois de noter que certaines plaques d’athérosclérose présentent une faible concentration de calcium, malgré une sténose de haut niveau, ce qui explique pourquoi le score calcique ne peut pas être utilisé pour exclure une maladie coronarienne.

Sensibilité et spécificité de l’épreuve d’effort

La sensibilité et la spécificité sont souvent utilisées pour décrire la précision d’une méthode de diagnostic donnée. Ces mesures peuvent être définies comme suit :

Sensibilité	La proportion de personnes atteintes de la maladie qui sont détectées.
Spécificité	La proportion de personnes en bonne santé qui sont correctement classées comme telles.

La sensibilité et la spécificité de l’épreuve d’effort dépendent de plusieurs variables, telles que la prévalence de la maladie dans la population, les critères utilisés, etc. La somme de toutes les preuves indique que la sensibilité est d’environ 60-75% et la spécificité de 60-85% pour l’épreuve d’effort. Cependant, la sensibilité est plus faible chez les personnes atteintes d’une maladie à un vaisseau (sensibilité de 50 %) et plus élevée chez les personnes atteintes d’une maladie à trois vaisseaux ou du tronc principal gauche (85 %).