Impédancemétrie thoracique

c, reposant sur l’analyse de l’onde de pression artérielle et sur la mesure d’impédancemétrie thoracique.

2.3.1.3.1. Analyse de l’onde de pression artérielle

La mesure précise de l’onde de pression par l’appareil Finometer® permet son analyse et la détermination de Q

.

c, grâce au modèle appelé Model Flow®, qui comprend trois éléments (impédance aortique, compliance artérielle, résistances vasculaires systémiques ; van Lieshout et coll. 2003). Cette méthode a été favorablement comparée à d’autres dans différentes conditions physiologiques :

o thermodilution (Wesseling et coll. 1993) ou échocardiographie Doppler (Sugawara et coll. 2003)

o orthostatisme (Harms et coll. 1999, van Lieshout et coll. 2003) ou exercice (Sugawara et coll. 2003). Dans ce dernier cas, des précautions particulières doivent être prises (Tam et coll. 2003).

2.3.1.3.2. Impédancemétrie thoracique

Depuis environ 40 ans (Kubicek et coll. 1966), l’impédancemétrie thoracique a été utilisée pour évaluer Q

.

c, aussi bien lors de l’exercice (Edmunds et coll. 1982, Casaburi 1993) que lors de l’immersion (Shiraki et coll. 1986). De nombreux appareils ont été proposés, tel le NCCOM3-R7 par la société Bomed® (Irvine, Canada) par exemple. Nous avons utilisé plus particulièrement l’appareil PhysioFlow® PF05, développé par la Société Manatec (Paris, France). Cet appareil présente de nombreux avantages d’utilisation :

- il ne nécessite pas de compétences spécifiques de la part de l’opérateur, comparativement aux méthodes vulnérantes ou à l’échocardiographie Doppler (Freund 1987, Wong et coll. 1989).

- il ne nécessite pas la coopération active du sujet/patient, comme c’est le cas par exemple lors de l’utilisation de la méthode de réinspiration de CO₂.

- il peut donner une estimation de Q .

c en continu sur une période relativement longue. - il ne nécessite que l’application de 6 électrodes sur le thorax et la position des électrodes

n’a pas besoin d’être extrêmement précise

- il permet d’obtenir d’autres variables hémodynamiques telles que un indice de contractilité, la fraction d’éjection, le temps d’éjection ventriculaire…

- il donne directement les variables indexées, principalement en fonction de la surface corporelle

- il est sans risque pour le patient/sujet et présente un coût relativement faible

L’appareil PhysioFlow® a été comparé favorablement à la détermination directe de Q .

c par la méthode de Fick au repos et lors de l’exercice sur cycloergomètre chez des sujets sains (Charloux et coll. 2000, Richard et coll. 2001). Toutefois, des intensités importantes d’exercice n’ont pas été atteintes, notamment du fait de l’utilisation d’une méthode vulnérante en comparaison. Nous avons participé à la validation de cet appareil chez des sujets jeunes à des intensités d’exercice élevées (Tordi et coll. 2004 ; annexe n°2), dans le but de compléter les travaux précédents sur cet appareil. En effet, les intensités d’exercices abordés dans les études de Charloux et coll. et Richard et coll. étaient insuffisantes si l’on se réfère aux intensités que peuvent atteindre des sujets jeunes entraînés.

Notre étude, comme les études de l’équipe de Charloux et coll. et Richard et coll., a validé les mesures du Q

.

c par l’appareil PhysioFlow® lors de l’exercice sur cycloergomètre. Des essais d’utilisation de cet appareil lors de la marche ont été effectués au Centre de Recherche du Service de Santé des Armées (CRSSA) à Grenoble avec des résultats qui semblent convenables (mais absence d’une méthode de comparaison). En revanche, lors de la course à

pied, l’appareil semble inutilisable : plusieurs éléments (chocs répétés, mouvements

importants du tronc, activité musculaire de la partie supérieure du corps, déplacement important de la peau…) rendent impossible l’interprétation du signal d’impédancemétrie (essais réalisés à Besançon et à Lille).

43

ETUDE N°1

Nous avons déterminé simultanément Q .

c par impédancemétrie thoracique (CO_ICG), grâce à l’appareil PhysioFlow® et par la méthode utilisant la réinspiration de CO₂ (CO_2REB), durant trois exercices à l’état stable (fréquences cardiaques cibles de 120, 140 et 160 bpm), chez 8 sujets sains modérément entraînés. Le coefficient de corrélation moyen obtenu entre les deux méthodes était de 0.85, avec une différence moyenne entre CO_ICG et CO_2REB de 0,06 L.min^-1 (ou 0,12%), ce qui était plus faible que dans les autres études de validation du PhysioFlow®. A 120 bpm, COICG était plus petit que CO2REB et cette tendance était inversée à 140 et 160 bpm. Cette évolution peut être expliquée par la difficulté d’utiliser la méthode de réinspiration de CO2 à des intensités relativement élevées d’exercice et par une acidification progressive de l’organisme au cours des exercices. Ces résultats tendent à montrer que la méthode d’impédancemétrie thoracique permet une détermination acceptable de Q

.

c et peut favorablement remplacer la méthode de réinspiration de CO₂ pendant des exercices stables d’intensité moyenne à élevée.

state exercise with COPD patients [3] and during incremental exercise with moderately trained subjects [18].The present study was undertaken to complete these previous results. Indeed, CO obtained with the Physio Flow device was compared

with CO determined by the more established CO₂rebreathing

method with fit male subjects exercising at moderate to high intensity steady-state exercises.Intensities were chosen to be higher than those of Charloux et al.[3] and approximately equal

to the peak oxygen uptake (VÇO₂) of the incremental exercise of

Richard et al.[18].

Material and Methods

Eight healthy men volunteered for the study.Each subject was accustomed to cycle-ergometer exercise but none of them were competitive athletes. The subjects were 24.6  3.7 years old with a height of 178.2  6.6 cm and a body mass of 73.7  7.8 kg. Writ-ten informed consent was obtained from each subject prior to all testing and its possible risks and benefits were explained.The study complies with the Helsinki declaration for human experi-mentation.The study was approved by the Office of Research Ethics at the University of Waterloo.

Cardiac output (CO) was determined simultaneously by both CO₂

rebreathing (CO_2REB) and thoracic impedance cardiography

(CO_ICG) techniques during exercise on a cycle ergometer.The

exercise was performed continuously and the intensity was increased in order to achieve steady state at the heart rate (HR)

target of 120, 140, and 160 beats per minute (min±1).The first

two steps of exercise were maintained almost 15 min each whereas the last step was stopped after the manoeuvre of re-breathing.During the test, 40 measurements of CO (5

measure-ments with 8 subjects: 2 trials at 120 min-1, 2 trials at 140 min±1

and 1 trial at 160 min±1) were performed using the CO₂

rebreath-ing method (Fig. 1), while the CO was estimated continuously by the impedance method (values of SV were averaged over a 5-beats period).The value used to perform the comparison with

the CO₂ rebreathing method was obtained from the average

measure observed of CO_ICG with each subject during the

rebreathing manoeuvre.The manoeuvres of CO₂ rebreathing

were spaced by at least 5 min (Fig. 1).During all protocol the ped-alling rate was fixed at 60 rpm.

Cardiac output was measured by the CO₂rebreathing technique.

When HR steady-state was achieved, oxygen uptake and carbon dioxide production were measured for almost 45 to 60 s with a cardiopulmonary gas monitoring device (MGA-1100A, Mar-quette, Milwaukee, WI, USA).The PaCO2 was calculated using

the method of Jones et al.[8] (PaCO2= 2.3 + 0.75 PETCO₂±0.00205

V_T+ 0. 14 PVCO₂; where PETCO₂ is the end-tidal CO₂ tension

corrected for breathing frequency and analyser rise time, and V_T

is the tidal volume).The PVCO₂ was estimated by the CO₂

rebreathing method using the extrapolation technique of Defares [5].Before rebreathing commenced, the rebreathing bag was

filled with an appropriate mixture of CO₂(means 14.7 %, 14.6 %,

15.5 %, 15.4 % and 16 % corresponding to 2 trials at 120 min±1, 2

trials at 140 min±1and 1 trial at 160 min±1, respectively), with

the volume approximating 1.5 times the subject's V_T.The subject

was instructed to take 3 to 4 rapid, deep breaths, and then to

con-tinue normal breathing pattern for approximately 15 seconds.

End-tidal CO₂was continuously sampled at the mouth and the

analogue signal displayed on a screen in order to reach a plateau

in the CO₂concentration.

CO_ICGwas estimated non-invasively and continuously during the

test.The impedance cardiograph device used, the Physio Flow PF-05 (Manatec Biomedical, Paris, France), was based on analysis of instant thoracic impedance variations, using six elec-trodes (two for electrocardiographic [ECG] measurement [CM5 position] and four for ICG).Two sets of electrodes (Ag/AgCl, Dor-vit Skintact, FS 50, Austria), one transmitting and one sensing, were applied at the left base of the neck and along the xiphoid of each subject.The Physio Flow concept and the methodology have been described in details in a recent study (Charloux et al., [3]).Briefly, the four ICG electrodes are used for the purpose of transmitting and receiving a very low-energy, high-frequency (75 kHz, 1.8 mA) alternating electrical current through the thor-ax.Unlike traditional impedance methods, positioning of elec-trodes is not critical.No specific skin preparation is needed, excepted shaving.Measured parameters are HR, contractility index (CI), and thoracic flow inversion time (TFIT) (active period of left ventricular ejection).SVi is then derived from CI and TFIT and CO measurement is based on the following formula includ-ing HR, a stroke volume index (SVi) and body surface area (BSA):

CO (l/min) = HR (min±1) ” SVi (ml/m2) ” BSA (m2)

With this impedance device, a first evaluation of SVi is computed during an autocalibration procedure that is performed after en-tering the patient's age, height, body mass, and systolic and dias-tolic blood pressure assessed with a standard-mercury-column sphygmomanometer.To achieve this calibration, which provides the basic curves and data necessary to measure SV variations, subjects have to be immobile and relaxed.

The arteriovenous O₂content difference ([a-v]O₂; ml/100 ml) was

also estimated using the direct Fick method (VÇO₂= CO X [a-v]O₂).

Fig. 1 Superimposed oxygen uptake (VÇO2), CO₂production (VÇCO2),

and heart rate (HR) data for a single subject from each step of exercise

to show the location ofeach CO2rebreathing manoeuvre.

Tordi N et al. Methods of Cardiac Output Measurement ¼ Int J Sports Med 2004; 25: 145 ± 149

Physiology & Bioch emistr y 146

Introduction

The direct method for measuring cardiac output (CO) requires catheterization of the pulmonary artery (dye-dilution or thermo-dilution methods), alone or in combination with a systemic artery (direct Fick approach).Unfortunately, these techniques are invasive, expensive and require adhesion to a strict condition of accurate measurements.For these reasons, several non-inva-sive methods have been used to monitor cardiac haemodynam-ics during exercise with lower cost and inconvenience.

First, clinical studies have shown that CO measured by Doppler methodology was strongly correlated with thermodilution CO determination [20] even if precautions have to be taken [11]. Besides, Rose et al.[19] suggested that individuals measuring CO by these methods should be properly trained and Freund [7] and Wong et al.[24] reported that results seemed to improve as observer experience increased.In the laboratory testing, it is also

possible to estimate CO by the CO₂rebreathing or indirect Fick

method.This has been available for many years and compares fa-vourably with the Fick and dye dilution techniques [15].This technique seems to provide a useful reliable non-invasive tool for assessing CO.

Second, measurements of change in thoracic impedance during the cardiac cycle have been used to estimate beat-to-beat changes in CO for more than 30 years [10].Different devices operating on this principle have been tested against ªgold standardª methods of measuring cardiac output, with many reports affirming its uti-lity [6,17, 25] but some reports suggested impedance cardiogra-phy (ICG) measurements neither accurate nor reliable [2,12].It is apparent from these studies that not all impedance devices performed alike [14].

A new ICG device (Physio Flow PF-05, Manatec Biomedical, Paris), thanks to technical improvements in equipment and soft-ware, with modification of the basic equation was favourably compared with the direct Fick method during very light

steady-Measurements of Cardiac Output