Aspects techniques de la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique chez les fœtus humains

L’isthme aortique est le segment de l’aorte situé entre l’origine de l’artère sous-clavière gauche et la connexion du canal artériel à l’aorte descendante. Dans la période postnatale qui suit la fermeture du canal artériel, il ne sert que de conduit vasculaire transportant le sang de la crosse aortique vers l’aorte descendante. Cependant, pendant la vie prénatale, elle joue un rôle important dans le maintien d’un équilibre adéquat entre la circulation brachiocéphalique alimentant la partie supérieure du corps (y compris le cerveau) et la circulation sous-diaphragmatique alimentant la partie inférieure du corps et le placenta1. La disposition parallèle de la circulation fœtale permet des sorties ventriculaires droite et gauche inégales, car les résistances vasculaires placentaire, pulmonaire et du bas du corps agissent principalement sur le ventricule droit, tandis que la résistance du haut du corps agit principalement sur le ventricule gauche2. Dans des conditions physiologiques et en l’absence de malformations cardiovasculaires structurelles, telles que le syndrome du cœur gauche hypoplasique, la sténose aortique critique et la crosse aortique interrompue, le flux dans l’isthme aortique est dirigé vers l’avant pendant tout le cycle cardiaque. Le volume et la direction du flux sanguin de l’isthme aortique sont déterminés par la performance systolique de chaque ventricule et les résistances vasculaires périphériques. Pendant la systole, l’éjection du ventricule gauche facilite le flux vers l’avant, tandis que l’éjection du ventricule droit a l’effet inverse. Pendant la diastole, lorsque les ventricules n’éjectent pas de sang et que les deux valves semi-lunaires sont fermées, la direction du flux sanguin dans l’isthme aortique dépend principalement de la différence relative entre les résistances vasculaires du haut du corps (y compris le cerveau) et du bas du corps (y compris le placenta)1. Par conséquent, les conditions qui entraînent une augmentation de la postcharge du ventricule droit (par exemple, un retard de croissance fœtale intra-utérine dû à une insuffisance placentaire) ou une réduction de la postcharge du ventricule gauche (par exemple, l’hypoxémie, les anévrismes vasculaires cérébraux, les tumeurs vasculaires du cou) peuvent provoquer une inversion du flux sanguin de l’isthme aortique pendant la diastole. Plusieurs études expérimentales sur des fœtus ovins3-6 ont établi la base physiopathologique de l’utilisation de la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique dans l’évaluation de la dynamique cardiovasculaire fœtale. De plus, des études cliniques ont montré la faisabilité de l’enregistrement de la forme d’onde de la vitesse du flux sanguin de l’isthme aortique chez le fœtus humain7-10, et il a été démontré qu’un schéma de flux sanguin anormal est associé à une redistribution ou à un compromis circulatoire fœtal11-15. Récemment, il a été démontré que la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique permettait de prédire les résultats périnataux16 et les résultats à long terme en matière de développement neurologique17 en cas d’insuffisance placentaire, et l’utilisation systématique de la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique a été suggérée dans l’évaluation des fœtus présentant un retard de croissance intra-utérin18. De toute évidence, certains centres spécialisés utilisent la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique en plus d’autres paramètres Doppler artériels et veineux dans l’étude de l’hémodynamique fœtale, mais les difficultés techniques perçues ont suscité un certain scepticisme quant à son potentiel pour une application clinique plus large. Une étude multicentrique sur la faisabilité et la fiabilité de la vélocimétrie Doppler de l’isthme aortique publiée dans ce numéro d’Ultrasound in Obstetrics and Gynecology19 a montré que, malgré une visualisation adéquate et une identification précise de ce segment vasculaire, le placement approprié du curseur pour l’interrogation Doppler à ondes pulsées des formes d’onde de vitesse du flux sanguin de l’isthme aortique reste difficile. L’objectif de cet article est de donner quelques conseils pratiques aux cliniciens sur la façon de réaliser une vélocimétrie Doppler du flux sanguin de l’isthme aortique chez le fœtus humain.

Aujourd’hui, grâce à l’amélioration de la technologie d’imagerie échographique, les obstétriciens et les cardiologues fœtaux/périnataux convenablement formés obtiennent des vues standard du cœur et des grands vaisseaux du fœtus sans grande difficulté. L’isthme aortique peut être facilement identifié dans les vues longitudinales (Figure 1a-c) et transversales (Figure 1d) qui sont utilisées en routine pendant l’échocardiographie fœtale. Une fois ce segment vasculaire identifié, la vélocimétrie Doppler peut être réalisée dans n’importe quelle vue de la figure 1 en plaçant la porte Doppler (curseur) à l’endroit approprié, en maintenant l’angle d’insonation aussi bas que possible. Bien que les formes d’onde de vitesse d’écoulement Doppler puissent être obtenues à l’aide de l’imagerie en mode B et du Doppler à ondes pulsées (Figure 1c), l’interrogation Doppler à ondes pulsées dirigée par la couleur est recommandée, car elle aide à l’identification des vaisseaux et montre la direction de l’écoulement sanguin, permettant un positionnement optimal du curseur. La taille de la porte d’onde pulsée (volume d’échantillon) doit être ajustée en fonction de la taille de l’isthme aortique, qui dépend de l’âge gestationnel du fœtus, afin d’éviter d’enregistrer les signaux des vaisseaux adjacents. Les formes d’onde de la vitesse du flux sanguin sont enregistrées pendant la quiescence du fœtus.

Les formes d’onde de vitesse d’écoulement de l’isthme aortique obtenues à partir de l’un ou l’autre des plans échographiques (vue longitudinale de l’arc aortique ou vue des trois vaisseaux et de la trachée) sont assez similaires (figure 2) et reproductibles9, 20. Le positionnement précis du curseur peut être plus simple dans la vue longitudinale, car l’origine de l’artère sous-clavière gauche est relativement plus facile à visualiser dans ce plan et il y a moins de possibilité d’obtenir des formes d’onde de vitesse du flux sanguin à partir de la voûte aortique transversale plutôt que de l’isthme. D’autre part, il peut être plus simple, plus facile et moins long d’obtenir la vue des trois vaisseaux et de la trachée plutôt que la vue de l’arc aortique longitudinal.

La forme d’onde de vitesse d’écoulement de l’isthme aortique a une forme typique et est facilement reconnaissable dans la plupart des cas. Elle présente une montée systolique rapide (temps d’accélération court), avec des vitesses systoliques maximales moyennes comprises entre environ 30 et 100 cm/s de la 11e semaine au terme10, 21. Elle est suivie d’une décélération plus progressive de la vitesse et d’une incisure étroite (dans la plupart des cas) à la fin de la systole. Une petite inversion du flux pendant une très courte période de temps est généralement observée à la fin de la systole (Figure 3a) au cours du troisième trimestre de la grossesse7, 8. Cependant, cette brève inversion du flux en fin de systole est absente avant 20 semaines7, 21 et est enregistrée moins fréquemment lorsque les formes d’onde de vitesse du flux de l’isthme aortique sont obtenues dans le plan d’imagerie transversal (vue des trois vaisseaux et de la trachée)10. L’inversion du flux sanguin pendant la diastole ou l’inversion nette du flux sanguin (c’est-à-dire le flux rétrograde total > le flux antégrade total pendant le cycle cardiaque) dans l’isthme aortique (figure 3b) est toujours anormale.

Comme le canal artériel est à proximité immédiate de l’isthme aortique (figure 1a et d), même de très petits mouvements peuvent conduire à obtenir les formes d’onde de l’un ou l’autre vaisseau pendant l’interrogation Doppler à ondes pulsées (figure 4). Il peut être nécessaire de mettre à jour fréquemment les images de flux en mode B ou en couleur pour s’assurer que la porte à ondes pulsées reste dans la bonne position pendant l’acquisition des formes d’onde de vitesse de flux Doppler. De manière générale, les formes d’onde Doppler du canal artériel diffèrent légèrement de celles de l’isthme aortique (figure 5). Les vitesses systoliques maximales moyennes du canal artériel, spécifiques de l’âge gestationnel, sont beaucoup plus élevées que celles de l’isthme aortique, allant de 40 à 120 cm/s de 11 semaines à terme22-24. En fait, le canal artériel présente les vitesses d’écoulement sanguin les plus élevées de la circulation fœtale25. Contrairement à l’isthme aortique, la brève inversion du flux en fin de systole n’est généralement pas observée dans le canal artériel et des vitesses diastoliques positives sont presque toujours présentes dans des conditions physiologiques. Le flux vers l’avant pendant la systole commence et atteint son pic dans l’isthme aortique plus tôt que dans le canal artériel (Figures 3 et 6). Des études expérimentales sur des fœtus de mouton ont montré que la période de pré-éjection du ventricule droit est plus longue que celle du ventricule gauche (57 contre 48 ms)26, et que le flux du canal commence environ 48 ms plus tard que le flux isthmique et a un temps d’accélération plus long (52 contre 18 ms)27. Occasionnellement, notamment lors de l’interrogation à l’aide d’un volume d’échantillon plus important, on peut obtenir simultanément des formes d’onde de vitesse du flux sanguin de l’isthme aortique et du canal artériel, superposées l’une sur l’autre (figure 6), ce qui rend possible une comparaison directe au cours du cycle cardiaque chez les fœtus humains.

Il est possible d’estimer le débit sanguin volumique de l’isthme aortique (Qai) de manière non invasive21 en mesurant son diamètre et les vitesses du flux sanguin : Qai (en mL/min) = vitesse maximale moyennée dans le temps (TAMXV, en cm/s) × π(diamètre/2, en cm)2 × 60. Cependant, en raison des limites et de la complexité des mesures du débit volumique, plusieurs autres indices ont été proposés pour une utilisation clinique. Fondamentalement, ces indices diffèrent par un principe : certains utilisent les vitesses absolues dans leur calcul alors que d’autres utilisent l’intégrale vitesse-temps (IVT). Fouron et al.7 ont initialement proposé un indice dit d’équilibre, c’est-à-dire (vitesse systolique maximale – vitesse end-diastolique/(VTI antégrade – VTI rétrograde), qui est équivalent à l’indice de pulsatilité (PI) lorsque des vitesses absolues sont utilisées, puisque la somme des VTI systolique et diastolique multipliée par la fréquence cardiaque fœtale donne TAMXV et PI = (vitesse systolique maximale – vitesse end-diastolique)/TAMXV. Un indice de débit isthmique (IFI), c’est-à-dire (VTI systolique + VTI diastolique)/VTI systolique, a été proposé ultérieurement8, mais n’a pas gagné beaucoup de popularité auprès des cliniciens. L’argument en faveur de l’utilisation d’indices liés à l’ITV plutôt qu’à la vélocité est l’hypothèse selon laquelle ils fournissent de meilleures informations sur le volume et la direction du flux sanguin. Cependant, cette hypothèse n’est pas entièrement vraie. Par exemple, le TAMXV est susceptible de refléter le volume du flux sanguin, comme il le fait dans d’autres vaisseaux28, 29, et un TAMXV (ou PI) positif signifie que le flux sanguin net pendant le cycle cardiaque est antérograde, tandis qu’une valeur négative signifie que le flux net est rétrograde, de la même manière qu’un rapport VTI de flux antérograde/VTI de flux rétrograde de >1 ou <1. De même, l’IP est également susceptible de refléter la taille de la composante de flux rétrograde lorsqu’elle est présente, car le TAMXV (qui est équivalent au VTI sur un cycle cardiaque × fréquence cardiaque) est le dénominateur de la formule utilisée pour son calcul.

L’IFI pour le débit sanguin de l’isthme aortique peut être divisé en cinq types différents8 comme suit : Type I : IFI > 1, lorsque le flux est antégrade pendant tout le cycle cardiaque ; Type II : IFI = 1, lorsque le flux diastolique est absent ; Type III : IFI = 0-1, lorsque le flux diastolique est inversé mais que le flux net est toujours antégrade ; Type IV : IFI = 0, lorsque les flux antégrade et rétrograde sont égaux ; et Type V : IFI < 0, lorsque le flux net est rétrograde. Cependant, ce qui importe vraiment, c’est de savoir si le flux sanguin diastolique est inversé et si le flux sanguin net est rétrograde, car ce sont les signes d’une hémodynamique fœtale compromise. Dans ce contexte, les formes d’onde normales et anormales peuvent être identifiées par une simple évaluation qualitative (visuelle) comme étant celles présentant un flux diastolique antégrade (valeurs IFI ≥ 1) et celles présentant un flux diastolique rétrograde (IFI < 1), respectivement. Une classification plus poussée des formes d’onde à l’aide de l’IFI en davantage de types ne semble pas améliorer la valeur prédictive d’une issue périnatale défavorable8.

Le flux sanguin diastolique rétrograde de l’isthme aortique signifie une redistribution de la circulation fœtale, indiquant une résistance inférieure du corps supérieur (cérébral) par rapport à la résistance du corps inférieur (placentaire), tandis que l’inversion du flux sanguin net indique que le fœtus a des problèmes pour maintenir l’oxygénation cérébrale3. Les indices semi-quantitatifs comme l’IP et l’indice de résistance (IR) sont connus pour refléter l’impédance en aval et sont faciles à calculer à l’aide de progiciels disponibles avec la plupart des appareils d’échographie. L’IP de l’isthme aortique est augmenté et les vélocités absolues (en particulier le TAMXV) sont réduites chez les fœtus à croissance intra-utérine restreinte, quel que soit le type d’IFI16. De plus, les vélocités absolues sont des variables quantitatives qui sont utilisées dans le calcul de l’IP et de l’IR ainsi que du débit sanguin volumique. Par conséquent, l’utilisation des vitesses sanguines absolues et de l’IP plutôt que de l’IFI peut être plus simple et plus appropriée dans la pratique clinique. Cependant, il est important d’être conscient du fait que la brève inversion du flux pendant la fin de la systole, qui est une découverte normale au cours du troisième trimestre, peut donner des valeurs d’IP faussement élevées si l’on calcule l’IP comme (vitesse maximale – vitesse minimale)/TAMXV plutôt que comme (vitesse systolique de pointe – vitesse de fin de diastole)/TAMXV.

Les modifications de la forme d’onde de la vitesse du flux sanguin de l’isthme aortique sont évidentes plus tôt que celles de l’aorte descendante11, de l’artère ombilicale12 et du canal veineux15, 30. Il a été démontré qu’une augmentation de la résistance placentaire entraînant une réduction de 50 % du débit sanguin ombilical était associée à une inversion du débit sanguin diastolique de l’isthme aortique chez les fœtus ovins, même si le débit sanguin diastolique de l’artère ombilicale restait en avant4. Les fœtus dont le débit diastolique final est absent ou inversé dans l’artère ombilicale12, 16, 17 ou dans le canal veineux15, 16 semblent systématiquement présenter un débit diastolique rétrograde dans l’isthme aortique. La vélocimétrie du flux sanguin dans l’isthme aortique fournit des informations importantes sur la fonction cardiovasculaire du fœtus, c’est-à-dire la performance individuelle des ventricules, les changements relatifs des résistances corporelles supérieures (y compris le cerveau) et inférieures (y compris le placenta) et l’oxygénation du fœtus, et a le potentiel de devenir un outil clinique précieux. Cependant, comme ce segment de l’aorte fœtale est relativement court et que plusieurs autres vaisseaux sanguins se trouvent à proximité, l’obtention de formes d’onde de vitesse du flux sanguin peut être techniquement difficile. Pour une mesure et une interprétation précises du débit sanguin de l’isthme aortique à l’aide de l’échographie Doppler, il est important que les opérateurs reçoivent une formation adéquate pour obtenir la vue longitudinale standard de la crosse aortique et la vue des trois vaisseaux et de la trachée, pour visualiser et reconnaître l’isthme aortique en mode B et la direction du débit sanguin en mode de débit couleur, pour placer correctement le curseur, pour reconnaître les formes d’onde de l’isthme aortique ainsi que des autres vaisseaux adjacents, et pour avoir une compréhension des facteurs qui peuvent influencer le débit sanguin dans ce segment de la circulation fœtale.