Choc électrique

Les défibrillateurs ont été historiquement développés pour réduire des arythmies ventriculaires malignes par choc électrique. En théorie, il est possible de distinguer le choc de cardioversion, qui correspond à un choc de faible énergie synchronisé sur la pente ascendante de l’onde R de l’EGM, du choc de défibrillation, qui correspond à un choc de forte énergie non synchronisé. En effet, dans la zone de fibrillation ventriculaire, la synchronisation est parfois impossible devant l’instabilité des ventriculogrammes. En pratique, un défibrillateur Saint Jude Médical cherche toujours à se synchroniser sur l’onde R même en zone de FV.

L‘effet d’un choc électrique varie en fonction de l’énergie délivrée. Pour une énergie faible, de l’ordre du Joule, le choc électrique en période vulnérable peut induire une arythmie. La limite supérieure de vulnérabilité correspond à l’énergie la plus faible, appliquée en période vulnérable ventriculaire, qui n’entraine pas de fibrillation ventriculaire. Cette valeur est corrélée au seuil de défibrillation. La probabilité de réduction augmente ensuite suivant une courbe de probabilité exponentielle en fonction de l’amplitude du choc délivré (synchronisé sur l’onde R). A partir d’une certaine valeur, le risque de réinduire une arythmie augmente également limitant les chances de succès de la thérapie. Un choc d’amplitude trop importante peut léser les tissus myocardiques.
 
 
L’énergie stockée puis délivrée par un défibrillateur répond à la formule suivante : énergie stockée = 1/2CV2 ; C : capacité (farads) ; V : tension ;
Pour augmenter cette énergie délivrée il est possible de privilégier un condensateur de grande capacité ou de privilégier une tension élevée. Dans les dispositifs Saint Jude Médical, le choix a été fait d’un condensateur de capacité moyenne (90/110 µF) et d’une tension élevée (830 Volts). Différents paramètres concernant le type d’onde de choc, le vecteur du choc, l’amplitude et le nombre de chocs délivrés sont accessibles à la programmation.

Forme et polarité de l’onde de choc ; Tilt et durée d’impulsion

Bien que l’énergie soit pratiquement le seul paramètre utilisé pour qualifier un choc de défibrillation, l’intensité moyenne du courant délivré constitue un bien meilleur indice de mesure de la probabilité de succès. Quelle que soit la forme du courant, l’intensité moyenne nécessaire à une impulsion de défibrillation représente la meilleure mesure de son efficacité. En fait, la défibrillation monophasique obéit en première approximation à la relation bien connue intensité-durée qui caractérise la stimulation cardiaque, avec des valeurs beaucoup plus élevée. La rhéobase (valeur en dessous de laquelle il est impossible de défibriller, quelle que soit la durée du choc) est de l’ordre de 3 Ampères avec les électrodes actuelles. La chronaxie (durée minimum du choc pour une intensité double de la rhéobase) est de l’ordre de 3,5 ms chez l’homme. Avec ce modèle, il est possible de démontrer que le maximum d’efficacité est obtenu pour une durée de choc égal à la chronaxie, c’est-à-dire avec l’énergie délivrée la plus faible. Comme en stimulation cardiaque, augmenter la durée d’impulsion au-delà du double de la chronaxie n’améliore que très peu l’efficacité.
 
 
En pratique, il est difficile de miniaturiser un défibrillateur capable de délivrer un courant constant et tous les appareils implantables ont recours à une décharge tronquée de condensateur. L’utilisation de l’énergie pour qualifier la charge (énergie stockée) puis la décharge du condensateur (énergie délivrée) a le mérite de la simplicité mais ne peut en aucun cas prédire la probabilité de succès d’un choc. 
 
 
Si seule l’énergie était à prendre en compte, il suffirait de brancher une pile de 9 Volts à une électrode de défibrillation durant 20 secondes pour défibriller. L’énergie délivrée est de (9 V x 9 V x 20  secondes / 50 Ohms = 32,4 Joules, mais le courant moyen est bien en deçà de la rhéobase : 9 V / 50 Ohms = 0,18 A. Il faut donc avant tout que la charge du condensateur soit capable de délivrer un courant d’intensité moyenne minimum sur une durée adaptée à la chronaxie.
Pour une décharge de condensateur, la durée optimale du choc (D1) est fonction de trois paramètres : la chronaxie (Ch), l’impédance de défibrillation (R) et la valeur du condensateur utilisé (C) : D1 = (RC + Ch) / (e – 1). La chronaxie n’est pas mesurable et doit être estimée, la valeur du condensateur peut être connue. Il devient donc possible pour chaque défibrillateur d’optimiser la durée du choc en fonction de l’impédance de défibrillation mesurée. Soit par exemple une durée de 5 ms, pour une impédance de défibrillation de 50 Ohms et un condensateur de 100 µF.

Qu’en est-il du tilt ?

Afin d’adapter la durée du choc en fonction de l’impédance de défibrillation, il a été proposé d’utiliser un tilt fixe, c’est-à-dire d’arrêter le choc lorsqu’un pourcentage de décharge du condensateur est atteint. Cette méthode permet de délivrer une énergie constante, quelle que soit l’impédance de défibrillation, en prolongeant la durée du choc avec l’impédance de défibrillation. 
 
Pour des impédances de défibrillation proches de la valeur « normale », le tilt fixe procure une durée de choc très proche de la valeur théorique optimale, pour des valeurs d’impédance élevées, le tilt fixe surcompense.
 

Théorie du choc biphasique

La supériorité du choc biphasique n’est plus a démontrer, il permet de réduire d’environ 30 % le seuil de défibrillation. La théorie du choc biphasique tient pour acquis que la fonction de la première phase d’un choc biphasique est identique à celle d’un choc monophasique (à savoir, dépolariser et/ou prolonger les périodes réfractaires d’une masse critique de myocarde ventriculaire). La fonction de la deuxième phase est d’éliminer les charges résiduelles présentes sur les cellules qui n’auraient pas été « capturées »  et de décharger les cellules qui, situées trop près des électrodes, auraient été hyper-polarisées. Son rôle serait donc de ramener le potentiel membranaire aussi proche que possible de zéro pour éviter la réinduction d’une fibrillation ventriculaire alors que la défibrillation était efficace après la première phase.
Le calcul de la durée optimale de la seconde phase intègre les caractéristiques de la première phase (valeur du condensateur, chronaxie et impédance de défibrillation), mais également une hypothèse sur la constante de temps membranaire des cellules myocardiques (soit le temps nécessaire à éliminer spontanément 63 % des charges électriques accumulées). Alors que la durée de la première phase doit augmenter avec l’impédance de défibrillation, la durée de la seconde doit diminuer avec l’impédance. Or, la grande majorité des défibrillateurs ne propose que des tilts fixes pour les deux phases. Comme le montre la figure 5, la durée optimale de la seconde phase n’est voisine de celle obtenue avec un tilt fixe que pour des plages de valeurs d’impédance très étroites.
 

En pratique

La comparaison des thérapies par défibrillation se fait généralement sur l’énergie délivrée, elle-même fonction de l’énergie stockée  et du tilt proposé. Deux alternatives sont proposées dans l’industrie pour obtenir des énergies stockées équivalentes : capacité de condensateur proche de 100 µF avec une tension de charge supérieure à 800 Volts, ou capacité de condensateur plus importante, 125 à 150 µF avec une tension de charge plus faible, 600 à 700 Volts. Pour délivrer les chocs de défibrillation,  St. Jude Medical préfère utiliser la première option afin d’augmenter l’intensité moyenne du courant, ce qui est fondamental pour l’efficacité de la première phase de la défibrillation. Suivant les modèles et les générations, la tension de charge est comprise entre 830 et 890 Volts et l’énergie délivrée entre 30 et 40 Joules.
Par défaut, la forme d’onde du choc est biphasique avec un tilt fixe de 65 %. Cette valeur est bien adaptée pour des électrodes double coil dont l’impédance de défibrillation est comprise entre 30 et 50 Ohms. Si l’impédance est supérieure à 50 Ohms, comme c’est souvent le cas pour une électrode simple coil, il est préférable de programmer des durées de choc fixes déterminées à partir de la mesure estimée ou réelle de l’impédance de défibrillation. 
St. Jude Medical est le seul constructeur à proposer d’optimiser la forme d’onde de choc. Le programmateur suggère pour cela des valeurs calculées à partir de la théorie du choc biphasique en fonction de l’impédance de défibrillation mesurée.

Amplitude des chocs

Dans la zone de FV, l’amplitude du premier choc est habituellement programmée aux capacités maximales de l’appareil ainsi que les chocs suivants. La programmation de l’amplitude des chocs de défibrillation peut être guidée par le seuil de défibrillation défini comme la quantité minimale d’énergie qui permet de convertir une FV en rythme sinusal. Dans la zone de TV, la programmation de l’amplitude du premier choc peut soit être programmée de façon empirique à basse amplitude (entre 5 et 10 Joules), ce qui permet d’économiser la pile et de rendre le temps de charge du condensateur plus court, soit à une amplitude importante pour augmenter la probabilité d’efficacité et de réduction.

Nombre de chocs

En zone de FV, le nombre maximal de chocs est fixe, limitant ainsi le risque de série interminable de chocs délivrés en cas de thérapies inappropriées. Dans cette zone, une série de 6 chocs consécutifs est programmée.

Zone de TV et zone de FV

Il n’est pas possible de programmer différemment la polarité et la forme de l’onde de choc dans la zone de TV et la zone de FV.

Confirmation du choc

Pour que le choc soit délivré, il faut 1) que la charge soit terminée 2) que l’arythmie soit reconfirmée ; il faut un minimum de 6 cycles rapides ; ces 6 cycles sont habituellement détectés pendant la charge sauf si la charge est très courte 3) l’évènement détecté sur lequel est synchronisé le choc électrique ne peut pas être celui suivant la fin de charge ; c’est pour cela que souvent le choc survient sur le second cycle suivant la fin de charge 4) l’intervalle instantané et l’intervalle moyen de l’évènement détecté sur lequel est synchronisé le choc électrique doivent être non sinusaux (pas de choc sur un cycle lent) ;

Défibrillateurs de dernière génération (Unify™, Fortify™ et aprés)

Amplitude des chocs
 
Pour s’assurer que le deuxième choc aura le maximum de chance d’être efficace, l’énergie maximum délivrées est portée à 40 Joules (890 Volts, soit 45 Joules stockées). Cette énergie n’est disponible qu’au deuxième choc pour limiter le temps de charge de la première thérapie.
 
Temps de charge
 
Le temps de charge reste constant durant la durée de vie de ces appareils (30 Joules < 6 secondes, 36 Joules < 9 secondes, 40 Joules < 11 secondes).
 
DeFT Response™
 
L’objectif est de gérer et de réduire les seuils de défibrillation élevés de manière non invasive en permettant une optimisation des durées de phase des chocs de défibrillation en fonction des électrodes et de l’impédance de défibrillation. Il est possible de programmer un tilt fixe ou des durées de phase optimisées en fonction de l’impédance de défibrillation.

Stimulation anti-tachycardique

Une des priorités de la programmation d’un défibrillateur est de diminuer la survenue de chocs électriques sans compromettre la sécurité du patient. Il est en effet nécessaire d’adopter la méthode de traitement la moins agressive et la moins douloureuse pour mettre fin à l’arythmie. Le principe de la stimulation anti-tachycardique (SAT) est de capturer l’arythmie et d’interrompre une TV organisée en pénétrant son circuit de propagation à travers les ventricules. Le ventricule doit donc être stimulé à une fréquence plus élevée que celle de la tachycardie. La SAT est indolore, permet de réduire la consommation d’énergie et ainsi d‘économiser les batteries ; elle doit donc être privilégiée en première intention pour le traitement des troubles du rythme ventriculaire organisés, même quand ils sont rapides. L’efficacité de ce type de thérapies a été démontrée pour une large gamme de fréquences de tachycardie ventriculaire jusqu’à 240 battements/minute. Ainsi dans la zone de tachycardie ventriculaire rapide, et même dans la zone de fibrillation ventriculaire, il est aujourd’hui habituel de programmer une salve de stimulation soit pendant la charge soit avant la charge des condensateurs, à moins d’une démonstration de leur inefficacité ou de leur caractère pro-arythmogène.
 
Différents paramètres sont à programmer pour optimiser l’efficacité de ce type de thérapeutique :
  • le type de séquences : burst ou rampe
    Dans un burst, la durée des intervalles est constante au cours d’une séquence. La stimulation est en VVO, le premier stimulus est délivré synchrone du dernier QRS détecté.

Dans une rampe, la durée des intervalles diminue de la valeur du pas de rampe programmé d’une impulsion à l’autre. 

  • le nombre de séquences de stimulation 
    Le nombre de séquences programmées varie en fonction de la fréquence de la tachycardie. Dans une zone de TV lente, il est possible de programmer un nombre important de séquences de façon à retarder au maximum la délivrance d'un choc sur une tachycardie ne menaçant pas généralement la survie à court terme. Il est d'ailleurs possible de ne pas programmer de choc électrique dans cette zone de TV lente. Pour les tachycardies entre 150 et 200 battements / minute, il est habituel de programmer 3 à 6 séquences successives de stimulation anti-tachycardique. Pour les TV plus rapides, une seule séquence est programmée, le risque étant de ne pas réduire l'épisode et de retarder la survenue des chocs sur une tachycardie compromettant l'hémodynamique et le pronostic du patient.

  • le nombre d’impulsions par séquence 

En moyenne, 5 à 15 stimulations consécutives sont programmées dans chaque salve. Si le nombre est insuffisant, la séquence de stimulation peut ne pas pénétrer le circuit de tachycardie et la salve est inefficace. En revanche, si le nombre est trop élevé, le risque est de réduire puis de re-induire la tachycardie.
Un stimulus supplémentaire peut être rajouté systématiquement d’une séquence à l’autre.

  • la valeur des intervalles de stimulation
    L’intervalle de stimulation est exprimé en pourcentage du cycle de la tachycardie et habituellement programmé entre 80 et 90% de l’intervalle moyen des 4 derniers cycles précédant le diagnostic. Plus cette valeur diminue, plus la stimulation est rapide et plus le risque d’accélérer la tachycardie est grand.

 

  • la réadaptation entre chaque salve
    Chaque intervalle de couplage initial est recalculé en fonction du cycle de la TV.

 

  • le balayage
    Chaque intervalle de couplage initial est réduit du « Pas de Scan » entre chaque Burst. La réduction maximale est fixée par le « Pas Max. »

  • couplage minimum 
    Il existe une limite de fréquence programmable au-dessus de laquelle, quelle que soit la programmation, l’appareil ne délivre pas de stimulation. Quand, au cours d’une rampe par exemple, le couplage minimum est atteint, les cycles suivants sont stimulés avec ce couplage minimum sans décrément supplémentaire.
    La programmation est initialement empirique mais doit par la suite être adaptée en fonction :

  • des différentes arythmies enregistrées par l’appareil et analysées lors du suivi du patient,
  • du ratio efficacité (réduction de l’épisode) / effet délétère (accélération de l’arythmie) d’un type de séquence de stimulation.

Stimulation anti-tachycardique dans la zone FV

La stimulation anti-tachycardique a montré son efficacité pour arrêter les arythmies ventriculaires même rapides. Dans les appareils les plus récents, il est possible de programmer une rafale en zone de FV, avant ou pendant la charge.

 
L’ATP pendant la charge permet un traitement indolore des TV sans risquer de retarder le traitement par choc quand cela est nécessaire. Les caractéristiques de l’ATP pendant la charge sont les mêmes que celles du premier ATP de la zone de TV la plus rapide. Une fois le diagnostic de la FV établi, la charge débute et simultanément un ATP est délivré. Si la FV est reconfirmée après l’ATP, le choc est délivré. Si le patient est revenu en rythme sinusal, le choc n’est pas délivré. Cela permet donc de traiter de façon indolore la tachycardie si l’ATP est efficace, sans retarder la survenue du choc si l’ATP est inefficace. En revanche, même si l’ATP est efficace, il n’y a pratiquement pas d’économie d’énergie, car plus de 80 % de la charge a lieu durant l’ATP.
L’ATP avant la charge permet de réduire la consommation d’énergie. Une fois le diagnostic de la FV établi, l’ATP est délivré. Si la FV est reconfirmée après la survenue de l’ATP, la charge du condensateur commence. Si l’arythmie est réduite, la charge n’est pas initiée.
Cela permet donc d’économiser une charge de condensateurs si l’ATP est efficace. En revanche, si l’ATP est inefficace, cela retarde la délivrance du choc de quelques secondes.
 
La stimulation anti-tachycardique a montré son efficacité pour arrêter les arythmies ventriculaires même rapides. Dans les appareils les plus récents, il est possible de programmer une rafale en zone de FV, avant ou pendant la charge.
 
L’ATP pendant la charge permet un traitement indolore des TV sans risquer de retarder le traitement par choc quand cela est nécessaire. Les caractéristiques de l’ATP pendant la charge sont les mêmes que celles du premier ATP de la zone de TV la plus rapide. Une fois le diagnostic de la FV établi, la charge débute et simultanément un ATP est délivré. Si la FV est reconfirmée après l’ATP, le choc est délivré. Si le patient est revenu en rythme sinusal, le choc n’est pas délivré. Cela permet donc de traiter de façon indolore la tachycardie si l’ATP est efficace, sans retarder la survenue du choc si l’ATP est inefficace. En revanche, même si l’ATP est efficace, il n’y a pratiquement pas d’économie d’énergie, car plus de 80 % de la charge a lieu durant l’ATP.
L’ATP avant la charge permet de réduire la consommation d’énergie. Une fois le diagnostic de la FV établi, l’ATP est délivré. Si la FV est reconfirmée après la survenue de l’ATP, la charge du condensateur commence. Si l’arythmie est réduite, la charge n’est pas initiée.
Cela permet donc d’économiser une charge de condensateurs si l’ATP est efficace. En revanche, si l’ATP est inefficace, cela retarde la délivrance du choc de quelques secondes.