Comparaison avec les travaux de Glass et coll
10.1 Pr´ esentation de l’article et commentaires asso- asso-ci´es
L’article de Glass [49] a ´et´e publi´e en Mars 2003 au cours de la troisi`eme ann´ee de
th`ese. ´Etant donn´e la forte similarit´e de nos ´etudes, nous avons repris une grande partie
de cet article que nous avons comment´e (commentaires en italique dans le texte). Des questions ont ´et´e pos´ees `a son ´equipe malheureusement sans r´eponses pour le moment, malgr´e un premier contact encourageant (cf. Annexe D, dernier envoi datant du 20 mars 2004).
Les r´esultats indiquent qu’en utilisant uniquement l’ECG, et en calculant sur celui-ci les caract´eristiques d’intervalle RR, d’amplitude QRS et d’intervalle RS, on peut cr´eer un mod`ele capable de diagnostiquer la classe correspondant `a la perte de sang.
19 animaux de 25 `a 35 kg mˆales et femelles ont ´et´e utilis´es apr`es spl´enectomie. Une heure de stabilisation a ´et´e respect´ee avant une h´emorragie contrˆol´ee r´ealis´ee par ponction en palier (aliquots) de 10, 20, 30, 35, 40 45, 50% du volume sanguin total. La mise en place d’une exp´erimentation de ce type, avec paliers, a ´et´e envisag´ee lors de la mise en place du protocole mais nous ne l’avions pas retenue. En effet, il nous semble que la succession de ces paliers fait partir l’individu sur une base nouvelle `a chaque ´etape. Il serait int´eressant d’´etudier ces diff´erents paliers, sur diff´erents individus, en partant de l’´etat stable de base
uniquement. Nous avons retenu une perturbation de type rampe car elle correspond `a
une r´ealit´e physiologique, la phl´ebotomie ou la perte de sang continue non garrott´ee d’un individu isol´e. Le param`etre de d´ebit de la perte est constant (entr´ee de type ´echelon).
La performance d’ad´equation obtenue est en moyenne de 91% (84% `a 96% pour un intervalle de confiance de 95%). Ces r´esultats paraissent impressionnants compar´es aux
nˆotres. Aucune indication n’est donn´ee pour le calcul de l’intervalle de confiance `a 95%..
Les auteurs pointent sur les ´etudes r´ealis´ees avec uniquement des scores d’´evaluation `a des instants ponctuels et indiquent qu’ils ne connaissent pas d’autres publications sur le suivi de choc h´emorragique par des m´ethodes de classification ou de r´egression.
Les auteurs ont de suite utilis´es les 3 caract´eristiques de l’ECG d´ecrites ci dessus. Les ensembles d’apprentissage et de test ont ´et´e g´en´er´es en prenant, pour chaque animal un ´echantillon al´eatoire pour l’ensemble d’apprentissage et un ´echantillon al´eatoire pour l’ensemble de test. Chaque observation correspond `a un complexe QRS d´etect´e. L’ensemble d’apprentissage correspond `a 50% des donn´ees et l’ensemble de test `a l’autre moiti´e des donn´ees. Des classifieurs de type kPPV et quadratiques ont ´et´e utilis´es. La classification a ´et´e r´ealis´e sur des blocs de 9 complexes QRS. Est ce que des segments plus grands ont ´et´e recompos´es ? Est-ce ceux ci qui servent pour l’apprentissage et le test ou bien les blocs d’un seul complexe ?
La pr´eparation de l’animal est quasiment identique `a la proc´edure que nous avons uti-lis´ee. L’animal est mis `a jeun la veille. L’anesth´esie est induite par ketamine (20 mg/kg), xylazine (2 mg/kg), et atropine (0.05 mg/kg). L’anesth´esie g´en´erale lors de la mise en place des instruments se fait sous isoflurane. La ventilation m´ecanique est effectu´ee apr`es
intubation endotrach´eale. Le CO2 est monitor´e. Un cath´eter flottant `a plusieurs voies
(angl. multilumen pulmonary artery catheter) est introduit dans la veine jugulaire droite apr`es incision chirurgicale, pour le monitorage de la pression veineuse centrale, du cœur droit, et de la vascularisation pulmonaire (angl. pulmonary vascular monitoring). Un ca-th´eter 3 voies de 14–18 cm est plac´e dans l’art`ere carotide droite, pour le suivi de la pression art´erielle continue et comme acc`es `a l’h´emorragie. Un capteur de temp´erature est introduite au niveau du rectum. Un ´electrocardiogramme et un ´electroenc´ephalogramme ont ´et´e monitor´e en continu par des ´electrodes sous cutan´ees. Apr`es cette proc´edure chi-rurgicale pr´eparatoire, le protocole anesth´esique est remplac´e par une perfusion (angl. infusion) continue de ketamine (2–3 mg/kg/hr) et de fentanyl (15–20 µg/kg/hr) avec un apport d’isoflurane r´eduit `a un taux inf´erieur ou ´egal `a 0.5% (m´elange Air - Oxyg`ene avec
F iO2 = 35%) pour ´eviter les effets cardiovasculaires dus `a l’isoflurane et pour r´eduire le
risque d’hyperthermie maligne. Ensuite, une p´eriode d’une heure s’´ecoule pour permettre une stabilisation physiologique. On ne sait pas si le choc h´emorragique est effectu´e sous ventilation assist´ee, mais ceci semble peu probable.
L’h´emorragie est d´ebut´ee apr`es une p´eriode de r´ecup´eration de 1 heure et 15 minutes pendant laquelle une ligne de base pour la mesure des donn´ees physiologiques est r´ealis´ee. Une h´emorragie art´erielle incr´ementale a ´et´e r´ealis´ee via le cath´eter carotidien. A chaque palier correspondant `a des pr´el`evements de 10%, 20%, 30%, 35%, 40%, 45% et 50% du volume sanguin total, une p´eriode de r´ecup´eration de 10 minutes a ´et´e respect´ee. Le volume sanguin total a ´et´e calcul´e d’apr`es les normes publi´ees pour le porc immature (67.3 ml/kg, ´etendue 58.1–73.9) [124]. Les animaux ont ´et´e observ´es pendant une heure apr`es l’h´emorragie compl`ete ou jusqu’`a une mort spontan´ee. Lors de la survie des animaux apr`es une heure, une injection de solution euthanasique commerciale a ´et´e administr´ee.
Les donn´ees ont ´et´e r´ecup´er´ees en continu par l’interm´ediaire d’un appareil de mo-nitoring (Philips, Viridia CMS, M1176A). Les donn´ees enregistr´ees sont les suivantes : fr´equence cardiaque, rythme respiratoire, ´electrocardiogramme, temp´erature centrale et
rectale, pression veineuse centrale, CO2 de fin d’expiration, oxym´etrie de pouls, saturation
en oxyg`ene du sang veineux mˆel´e (angl. mixed venous oxygenation saturation), et ´elec-troenc´ephalogramme. L’ECG a ´et´e ´echantillonn´e `a 500 Hz et toutes les autres donn´ees `a 125 Hz. La r´esistance vasculaire syst´emique, le d´ebit cardiaque par thermodilution, les
10.1. PR ´ESENTATION DE L’ARTICLE ET COMMENTAIRES ASSOCI ´ES 139 gaz sanguins art´eriels et veineux, ont ´et´e r´ealis´es et enregistr´es pour d´eterminer les lignes de base avant l’h´emorragie. Ces mesures ont ´et´e r´ep´et´ees avant chaque palier au cours de l’h´emorragie contrˆol´ee. La mesure du d´ebit cardiaque a ´et´e effectu´ee par un appareil commercial (Philips, Viridia Monitoring System, Thermodilution Module).
Ensuite une analyse par ondelettes a ´et´e r´ealis´ee (mesure, segmentation et extraction de caract´eristique) pour extraire les complexes QRS et d´ecouper le signal en segments de longueur variables. La sortie d´esir´ee est la classe de perte de sang associ´ee `a ce segment. La mani`ere dont ils recomposent les segments n’est pas tr`es explicite. Rien n’est dit sur le nombre de voisins utilis´es pour d´evelopper et tester chaque classifieur de type kPPV. Les donn´ees de chaque animal ont ´et´e ´equitablement divis´ees, 50% des donn´ees pour l’appren-tissage et 50% des donn´ees pour le test. L’´etat de la perte de sang a alors ´et´e d´etermin´e par une banque (angl. bank) de classifieurs, chacun ´etant r´egl´e sur le profil physiologique de l’animal `a un volume h´emorragique sp´ecifique. Il semble que 19 classifieurs construits
sur chaque animal, soient mis en comp´etition (en parall`ele), et que l’attribution `a une
classe soit r´ealis´ee sur celui obtenant la probabilit´e la plus grande.
L’analyse statistique a ´et´e r´ealis´ee avec SPSS, SAS, GraphPad. Les mesures de per-formances standards de sensibilit´e et de sp´ecificit´e ont ´et´e utilis´ees pour comparer l’h´e-morragie d´esir´ee et celle obtenue. Les donn´ees sont exprim´ees en pourcentage de bien class´es.
Les valeurs obtenues au d´ebut et `a 50% de la spoliation sont donn´ees Tab. 10.1. les donn´ees de temp´erature interne seraient int´eressantes.
Tab. 10.1 – Valeurs physiologiques au cours d’une h´emorragie contrˆol´ee (Glass et coll.)
Donn´ees (mean± SD)
Ligne de base H´emorragie de 50%
Pression Art´erielle Moyenne (mmHg) 76± 10 25 ± 7
Fr´equence Cardiaque (bpm) 92± 19 146 ± 25
D´ebit Cardiaque (l/min) 3.85 ± 1 1.4 ± 0.6
Saturation en oxyg`ene 60± 16 30± 16
du sang veineux mˆel´e (%)
Le syst`eme (Cognitive System Technology (CST) suivant leur termes) compare les 3 ca-ract´eristiques d’une s´equence de 9 P-QRS-T, aux mˆemes caca-ract´eristiques d’un ´echantillon qui a servi pour l’apprentissage. 9 valeurs sont donc obtenues pour chaque caract´eris-tique (l’intervalle RR du premier battement est calcul´e en prenant le dernier battement d´etect´e). La valeur m´ediane pour chaque caract´eristique est alors pr´esent´ee au classifieur (cette technique permet d’´eliminer les artefacts). La sortie du classifieur est utilis´ee pour ´etiqueter les 9 valeurs des battements cons´ecutifs. La concordance du syst`eme varie de 79% `a 96%, selon l’animal, pour un classifieur quadratique et de 81% `a 96% pour un classifieur kPPV. En permettant une erreur de 5% sur le volume estim´e, la concordance varie de 98 `a 100%.
Les diff´erents points suivants sont d´evelopp´es dans la discussion.
Le choc h´emorragique n’est pas un ´ev´enement binaire qui commence `a un instant pr´e-cis. Il est bien connu que le syst`eme cardiovasculaire met en place une r´eponse bien avant que celle ci soit observable. En particulier au niveau cellulaire, il existe tr`es tˆot, un large ´eventail de r´eponses initiales, qui sont difficilement observables en m´edecine d’urgence. Les
´etudes sur les m´ecanismes cellulaires, syst´emiques, ou mol´eculaires apportent de nouvelles connaissances mais elles ne permettent pas de r´eduire consid´erablement la mortalit´e en m´edecins d’urgence (r´ef´erence sur [125]).
L’intervalle RR (un indicateur de la variabilit´e cardiaque) a ´et´e s´electionn´e parce que la fr´equence cardiaque est r´egul´ee par le syst`eme nerveux autonome et est sp´ecifiquement sensible `a d’important changements de volume de sang. De nombreuses ´etudes montrent que les changements de fr´equence cardiaque et de r´egularit´e sont des reflets d’´etats mortels. L’amplitude du QRS et l’intervalle RS ont ´et´e s´electionn´es comme des indices d’´energie ´electrique totale impliqu´ee dans la d´epolarisation du ventricule. Au cours du choc, une isch´emie myocardiale s’installe progressivement. Ainsi, l’´energie totale ´electrique du ven-tricule diminue. Ou bien, comme alternative, les changements de l’amplitude du QRS seraient dus `a un changement de position par rapport aux ´electrodes alors que le volume intravasculaire diminue. Nous avons observ´e ces mˆemes ph´enom`enes, ce qui expliquerait les changements de polarisation observ´e sur les ´electrocardiogrammes. A un moment, le
cœur lˆache et revient dans une position normale.
Les auteurs insistent aussi sur le fait que la plupart des ´etudes consid`erent les variables comme ind´ependantes ou utilisent des valeurs moyennes. Ces ´etudes font l’hypoth`ese d’un ´etat physiologique stable (angl. steady) ou hom´eostatique (angl. homestatic) qui montre un comportement lin´eaire lors de stimulation et d´eclenche des alarmes d`es qu’un seuil est d´epass´e. Par opposition, les auteurs indiquent que leur traitement multidimensionnel et l’´etude de composantes non lin´eaires du signal ´electrocardiographique sont mieux adapt´es aux ph´enom`enes ´etudi´es. Mˆeme si nous sommes d’accord avec ces constatations d’´echec des m´ethodes lin´eaires ou na¨ıves, leur r´ef´erence `a em nonlinear analysis et “second-order” linear (power spectral) analysis n’est pas claire, nous ne voyons pas comment les non lin´earit´es du ph´enom`ene sont mises en ´evidence par cet article.
Le protocole anesth´esique a ´et´e mis en place de fa¸con `a r´eduire l’impact sur la r´eponse cardiovasculaire en maintenant autant que possible une anesth´esie optimale. Mais il existe toujours une action sur le syst`eme nerveux autonome. Il a ´et´e observ´e, dans des ´etudes pr´eliminaires que l’isoflurane r´eduisait la r´eponse tachycardique. La Pression Art´erielle de base a ´et´e de 15 mmHg plus basse que celle publi´ee pour des animaux conscients d’ˆage et de taille similaire. N´eanmoins les autres variables ont ´et´e dans des limites acceptables. Des profils de r´eponse `a l’h´emorragie sont observ´es sur diff´erents animaux et suivent des tendances similaires dans le temps, pas forc´ement quantitativement mais qualitativement. Des recherches futures devraient porter sur l’analyse des points d’inflexion et l’´etude des trajectoires.
10.2 Conclusion du chapitre
Il est r´econfortant de trouver une d´emarche identique `a la nˆotre, chez une autre ´equipe de recherche, pour l’´etude d’une probl´ematique qui peut ˆetre abord´ee de diverses fa¸cons. Nous avons vu que de nombreux points, en particulier au niveau du mod`ele animal et des techniques d’intelligence artificielle utilis´ee pour cr´eer le syst`eme (apprentissage supervis´e de classifieur) ´etaient semblables.
N´eanmoins, un grand nombre de diff´erences apparaissent `a la lecture de l’article et suscite quelques interrogations.