Fred CHAPMAN - Tarek El-ABADY
L’impédance en défibrillation : une affaire de courant
Le choix de la forme d’onde du défibrillateur affecte-t-il le résultat pour les patients à haute impédance ?
De toutes les mesures que nous appliquons à une forme d’onde de défibrillation, le courant de pointe est le plus étroitement lié au succès de la défibrillation. L’énergie, la tension et l’impédance sont des facteurs moins prédictifs de succès d’un choc. Le défibrillateur idéal au plan thérapeutique serait celui qui délivre un courant de pointe juste suffisant, et ce quelle que soit l’impédance. Cette valeur optimale n’est malheureusement pas la même pour tous les patients et elle n’est pas connue à l’avance pour chaque patient individuel.
Dans tous les défibrillateurs disponibles à l’heure actuelle, que leur forme d’onde soit monophasée ou biphasée, de forme sinusoïdale amortie ou exponentielle tronquée, le courant de pointe diminue avec l’augmentation de impédance du patient. Il en résulte que l’impédance du patient peut jouer un rôle important pour déterminer le résultat d’un quelconque choc administré. La suite de cet article explore l’aspect scientifique qui sous-tend ce problème.
L’IMPÉDANCE TRANSTHORACIQUE : DE QUOI S’AGIT-IL, ET PAR QUOI EST-ELLE AFFECTÉE ?
La capacité de la poitrine à s’opposer au flux de courant électrique s’appelle l’impédance transthoracique. En mettant en œuvre une tension importante entre deux électrodes sur le thorax du patient, les défibrillateurs externes font passer de force une impulsion de courant électrique brève mais intense à travers le cœur du patient. L’ordre de grandeur du courant dépend à la fois de l’importance de la différence de tension entre les électrodes, et à l’inverse, de l’impédance transthoracique. L’impédance de la poitrine face au choc défibrillateur dépend - on le sait - d’un certain nombre de facteurs. E11e dépend de l’anatomie de la poitrine, tout autant que de la dimension et de l’emplacement des électrodes de défibrillation. Elle dépend également de l’intensité du choc, qui est généralement exprimée en termes d’amplitude de courant électrique (courant de pointe). Parmi les autres facteurs dont l’effet sur l’impédance transthoracique a été démontré, on notera la dimension de l’effort appliqué sur les électrodes manuelles, le type d’agent conducteur (gel pour électrodes, entre la peau et les électrodes) et enfin, le moment du choc par rapport à la respiration (l’impédance est généralement augmentée lorsque les poumons contiennent de l’air).
LA BASSE IMPÉDANCE EST-ELLE TOUJOURS PRÉFÉRABLE ?
Ceci est vrai habituellement, mais pas
nécessairement. Le courant délivré pendant le choc n’intervient que partiellement
pour mettre fin à l’arythmie. Dans les faits, on a estimé que seulement 4 % environ
du courant délivré sur la poitrine passe a travers le cœur, la partie restante
trouve elle-même son chemin entre les deux électrodes en traversant différentes parties
du corps.
Pour une tension de défibrillateur donnée, une diminution de l’impédance
transthoracique augmentera le volume total du courant qui circule entre les électrodes,
ce qui généralement augmente aussi la quantité de courant passant à travers le
cœur. Cette situation mène à une plus forte probabilité de succès pour le choc
défibrillatoire.
L’emplacement de l’électrode est un facteur important pour déterminer la
valeur de l’impédance et la quantité de courant passant en direction du cœur.
L’impédance peut être réduite de manière sensible en rapprochant les électrodes,
cette situation réduit cependant les flux de courant à travers le cœur, ce qui
diminue la probabilité de réussite de la défibrillation.
QUELLE EST L’IMPÉDANCE D’UN PATIENT TYPE ?
Les défibrillateurs externes s’appliquent à des patients ayant un large éventail de valeurs d’impédance transthoracique. Dans les faits, c’est un des défis qui s’opposent aux fabricants. Bien que les défibrillateurs externes soient le plus souvent spécifiés pour des charges de 50 Ohms, il est quelque peu inhabituel de trouver un patient ayant une impédance transthoracique aussi basse. L’impédance transthoracique moyenne des patients assujettis à une défibrillation dans notre laboratoire d’électro-physiologie atteint en moyenne 80 Ohms (figure 1). Cependant, les impédances dans ces études variaient de 37 à 184 Ohms. On trouve moins d’informations pour décrire l’éventail des valeurs d’impédance constatées dans le cas des patients présentant un arrêt cardiaque en milieu préhospitalier, mais cet éventail se situe probablement à un niveau plus élevé.
QUELLE EST LA RELATION ENTRE LES FORMES D’ONDES DE DÉFIBRILLATION ET LES IMPÉDANCES TRANSTHORACIQUES ?
Il existe deux types de circuits
utilisés de manière courante à l’heure actuelle dans les défibrillateurs externes
et ceux-ci génèrent des chocs ayant des formes d’ondes différentes. L’un de
ces types génère des chocs de forme sinusoïdale amortie (telle la forme d’onde
Edmark utilisée dans les défibrillateurs Physio-Control), l’autre type génère des
chocs exponentiels tronqués, que ce soit en mode monophasé ou biphasé. Les circuits de
génération de chocs en forme d’onde sinusoïdale amortie ou exponentielle tronquée
répondent de manière différente à une variation dans l’impédance
transthoracique.
Les principaux éléments, dans un circuit destiné à générer des chocs en forme
d’ondes sinusoïdales ou amorties, sont un condensateur de réserve d’énergie,
un inducteur, un relais mécanique, et le patient, qui joue le rôle d’une
résistance dans le circuit. Pour générer un choc de 360 joules, on commence en
chargeant d’abord le condensateur jusqu’au niveau d’environ 5000 volts,
celui-ci est ensuite déchargé à travers l’inducteur et le patient. En raison de la
présence de l’inducteur, la tension aux points de contact avec le patient (et le
courant qui passe à travers le patient) s’élèvent "progressivement"
pour’ atteindre une pointe arrondie, pour ensuite retomber à zéro.
Pour un patient à 50 Ohms, la tension qui traverse le patient atteint environ 3000 volts
et le courant atteint environ 60 ampères.
Pour les défibrillateurs à courant sinusoïdal amorti, la réponse a l’impédance
est passive, elle est déterminé entièrement par les niveaux de capacitance,
d’inductance et de résistance dans le circuit. Au fur et à mesure que
l’impédance augmente, la durée du choc augmente et le courant de pointe diminue.
Un circuit destiné à générer des chocs exponentiels tronqués consiste en un
condensateur de stockage d’énergie, le patient, et un contact à durée de fermeture
extrêmement précise (se composant généralement de plusieurs dispositifs
"solide-state", afin de tronquer la décharge). Ceux qui génèrent des chocs
exponentiels tronqués bi-phasiques comportent un circuit de commutation un peu plus
complexe, et tronquent chaque phase à un moment précis. Pour générer un choc de 360
joules, le condensateur est typiquement chargé à un niveau situé entre 1500 et 2000
volts, puis déchargé à travers le patient durant une période de temps spécifiée.
Pendant la décharge, la tension et le courant à travers le patient s’élèvent
soudain pour atteindre une première pointe aiguë, pour ensuite diminuer jusqu’à ce
que le choc soit tronqué à l’aide du contact. Le courant à travers un patient de
50 Ohms atteint de 27 à 36 ampères. Pour les défibrillateurs exponentiels tronqués,
plusieurs facteurs affectent la manière dont la forme d’onde change en réponse à
l’impédance transthoracique : la capacitance et la résistance du circuit
déterminent la vitesse à laquelle le courant chute après sa première pointe, le
contrôle actif du contact qui tronque la décharge détermine la durée des chocs. De par
la conception du système, la durée du choc augmente avec l’impédance pour
permettre un temps complémentaire d’administration de l’énergie avant que le
choc ne soit tronqué.
Le courant maximum - ou de pointe - des chocs à forme d’onde exponentielle tronquée
chute de manière plus abrupte en réponse à une impédance élevée que ce n’est le
cas pour le courant de pointe des chocs avec une forme d’onde sinusoïdale amortie.
Pour un défibrillateur exponentiel tronqué typique, le courant de pointe va diminuer
d’environ 27 ampères pour un patient à 50 Ohms à environ 10 ampères pour un
patient à 150 Ohms. Pour un défibrillateur typique à forme d’onde sinusoïdale
amortie le courant de pointe diminue de 60 ampères pour un patient à 50 Ohms à environ
29 ampères pour un patient à 150 Ohms (figure 2).
EST-CE IMPORTANT ?
Peut-être. La défibrillation des
patients à haute impédance exige une pointe de courant à peu près similaire mais plus
d’énergie que pour la défibrillation des patients à faible impédance. Les
défibrillateurs exponentiels tronqués délivrent un courant de pointe moins important
que les défibrillateurs à forme d’onde sinusoïdale amortie lors d’une
impédance moyenne et un courant de pointe considérablement inférieur à haute
impédance. Les observations ont amené certains chercheurs à suggérer que, même
lorsqu’ils sont réglés sur 360 J, les défibrillateurs exponentiels tronqués
peuvent présenter une moindre probabilité de réussite dans la défibrillation de
patients à haute impédance que ce n’est le cas pour les défibrillateurs à courant
sinusoïdal amorti.
Une récente analyse rétrospective de données provenant de 86 patients aurait tendance
à le confirmer. Comparés aux patients traités avec des formes d’ondes
sinusoïdales amorties, Berb et al.(1) ont constaté qu’un pourcentage de patients
considérablement plus élevé, traité avec ces défibrillateurs exponentiels tronqués,
restait en état de fibrillation ventriculaire. Ils indiquent cependant que pour répondre
à cette question de manière définitive, il sera nécessaire d’engager une étude
complémentaire afin de réunir des données plus complètes et s’assurer que les
groupes en question sont comparables.
QUEL EST LE RÔLE DES PROTOCOLES DE DÉLIVRANCE D’ÉNERGIE ?
Dans tous les défibrillateurs actuellement disponibles, et pour un réglage d’énergie donné, un patient à haute impédance recevra moins de courant utile à la défibrillation, et potentiellement même un courant insuffisant, alors qu’un patient à faible impédance pourrait recevoir un courant excessif, ce qui pourrait entraîner certaines disfonctions que l’on pourrait éviter. Cet inconvénient est évité dans la pratique en faisant appel à des réglages progressivement augmentés d’énergie (comme par exemple 200J, 300J, 360J). Si l’impédance transthoracique est telle que le courant du choc de faible énergie est insuffisant pour la défibrillation, un choc plus important est utilisé ensuite. Cependant, si le courant de ce choc à faible énergie est adéquat, la défibrillation est obtenue sans assujettir le patient à des excès de courant inutiles.
SUGGESTIONS POUR LA DÉFIBRILLATION DES PATIENTS A HAUTE IMPÉDANCE.
Pour les patients à haute impédance,
dont la défibrillation est difficile, l’objectif est de maximiser la quantité de
courant passant à travers le cœur. Pour faciliter cette situation, le clinicien
doit :
1) s’assurer qu’un agent convenable est utilisé entre la peau du patient et les
électrodes (les électrodes de défibrillation jetables sont idéales).
2) appliquer les électrodes dans la position appropriée sur la poitrine.
3) s’assurer qu’il existe un bon contact entre les électrodes et la peau
(éliminer les bulles d’air sous les électrodes adhésives ou exercer une pression
à travers l’électrode tenue à la main).
4) synchroniser la décharge de défibrillation avec la fin de l’expiration.
Fred CHAPMAN
Tarek El-ABBADY
Physio-Control
(1) Behr J.C. et al. – Truncated exponential vsd damped sinusoïdal waveforme for transthoracic defibrillation. Circulation 1996, 94 (8).