Le défibrillateur fait-il repartir un cœur arrêté avec de l'électricité ?
― Le choc électrique calme d'abord un cœur qui tremble
Ce boîtier rouge ou orange, accroché au mur d'une gare ou d'une école. On pense souvent qu'un défibrillateur (DAE) est « une machine qui envoie du courant dans un cœur arrêté pour le relancer ». C'est en fait l'inverse. Le DAE envoie du courant non pas quand le cœur est arrêté, mais quand il tremble de façon désordonnée. Le rôle du choc électrique est d'arrêter ce tremblement, d'un seul coup, tout entier.
Une salle d'opération, comme dans une série télévisée. La ligne du moniteur devient plate, un bip continu retentit. Le médecin crie « Dégagez ! », pose les électrodes sur la poitrine et envoie le courant. Le corps tressaute, et la ligne reprend son tracé en vagues.
C'est probablement l'image du choc électrique que la plupart des gens ont en tête. Mais en réalité, on n'utilise jamais un choc électrique sur un cœur dont la ligne est plate. Cela ne sert à rien : ça ne marche pas.
Alors, quand et pourquoi utilise-t-on un choc électrique ? La réponse se trouve dans la « marche électrique » qui se répète chaque seconde au fond de notre poitrine.
Le choc électrique agit pour deux raisons
La plupart des arrêts cardiaques soudains commencent par un état où les cellules du cœur se contractent chacune pour leur compte, sans coordination. Le cœur ne fait que trembler finement, sans pouvoir propulser le sang.
Le choc électrique met toutes les cellules qui tremblent en état de « repos », au même instant. Pendant ce court silence, le stimulateur naturel du cœur reprend la mesure du rythme.
En somme, le DAE ressemble moins à une machine qui démarre un moteur qu'à un chef de chœur qui fait taire tout le monde d'un coup, quand le chant devient chaotique. Voyons cela étape par étape.
Le cœur fonctionne grâce à une « marche » électrique
En haut à droite du cœur se trouve une petite zone appelée le nœud sinusal. Elle émet elle-même, environ 60 à 80 fois par minute, un signal électrique. Ce signal se propage comme une onde le long des parois du cœur, et les cellules se contractent les unes après les autres. De l'étage supérieur vers l'étage inférieur, la contraction se fait de façon coordonnée, ce qui permet d'expulser le sang.
Point important : une fois qu'une cellule s'est contractée, elle reste un court moment sans réagir à un nouveau signal, une période de « repos ». C'est grâce à ce repos que l'onde du signal ne se propage que dans un seul sens, et que le cœur bat de façon régulière.
Mais parfois, à la suite d'un infarctus ou d'un choc violent, l'onde du signal peut se mettre à tourner en tourbillon. Le tourbillon se divise en plusieurs, et des cellules se mettent à se contracter n'importe où dans le cœur, chacune de leur côté. C'est ce qu'on appelle la fibrillation ventriculaire. Le cœur ne fait alors que trembler, et ne fonctionne presque plus comme une pompe. Au centre de la figure 1, on voit l'électrocardiogramme correspondant.
Le choc électrique met tout le monde au « repos » en même temps
Dans un cœur en fibrillation ventriculaire, une cellule se contracte, sa voisine est au repos, une autre encore commence à se contracter. C'est le désordre total. Si l'on envoie alors un courant fort depuis l'extérieur, la plupart des cellules du cœur réagissent au même instant et basculent ensemble dans la période de repos.
Pendant que tout le monde est au repos, l'onde du signal qui tournait en tourbillon n'a plus nulle part où avancer. Le tourbillon disparaît, faute de direction. Et quand le repos se termine, c'est le nœud sinusal, le stimulateur d'origine, qui émet le premier signal. C'est ainsi que le cœur retrouve son propre rythme.
C'est pourquoi un choc électrique ne sert à rien sur un cœur dont la ligne du moniteur est plate (asystolie). Il n'y a pas de signal désordonné à effacer, puisqu'il n'y en a aucun. La scène des séries télévisées est, pense-t-on, une mise en scène pour l'effet visuel.
Chaque minute qui passe réduit les chances de survie
Quand la fibrillation ventriculaire se prolonge, le muscle cardiaque s'affaiblit de plus en plus, par manque d'oxygène. On estime que chaque minute de retard avant le choc électrique réduit les chances de survie d'environ 7 à 10 %. En revanche, si les personnes présentes poursuivent le massage cardiaque, la baisse ralentit, à environ 3 à 4 % par minute.
Au Japon, le délai moyen national entre l'appel au 119 (numéro d'urgence) et l'arrivée de l'ambulance sur place est d'environ 10 minutes. Essayez de déplacer le curseur de la figure 2 jusqu'à 10 minutes. L'écart devient considérable entre attendre sans rien faire et pratiquer le massage cardiaque avec le DAE.
Le DAE lit l'activité électrique du cœur à travers les électrodes, et ne recommande un choc que si l'état détecté, comme une fibrillation ventriculaire, peut en bénéficier. S'il juge que ce n'est pas nécessaire, aucun courant n'est délivré, même si l'on appuie sur le bouton. L'appareil est conçu pour qu'une personne qui ne sait pas lire un électrocardiogramme puisse quand même l'utiliser.
Juste après avoir été remis à zéro, le cœur ne bat encore que faiblement. C'est pourquoi la voix du DAE demande de reprendre immédiatement le massage cardiaque après le choc. On continue ainsi en suivant les instructions vocales de l'appareil, jusqu'à l'arrivée des secours.
Alors, que faire ?
- Appeler à l'aide à voix haute, et demander à quelqu'un d'appeler le 119 et de chercher un DAEEn désignant une personne précise et en lui disant « vous, appelez le 119 », « vous, allez chercher le DAE », on a plus de chances qu'elle agisse.
- Si la personne ne respire pas normalement, appuyer fort et vite au centre de la poitrineUn rythme de 100 à 120 pressions par minute, avec une profondeur d'environ 5 centimètres, est le repère habituel. En cas de doute, il vaut mieux appuyer.
- Une fois le DAE arrivé, ouvrir le boîtier et suivre les instructions vocalesUne fois les électrodes posées, le DAE analyse automatiquement l'état du cœur. S'il indique qu'un choc est nécessaire, personne ne doit toucher la personne.
Si quelqu'un touche le corps de la personne au moment où le courant passe, ce courant peut aussi traverser cette personne. Quand le DAE dit « Écartez-vous », tout le monde doit lâcher la personne et s'éloigner. Si la poitrine est mouillée, il faut l'essuyer avant de poser les électrodes. Pour un enfant n'ayant pas encore l'âge de l'école primaire, utiliser des électrodes ou un mode pédiatrique si disponible. En cas de doute, l'opérateur du 119 peut guider les gestes par téléphone.
En résumé
Le cœur d'une personne qui s'effondre soudainement n'est souvent pas arrêté : il tremble de façon désordonnée. Le choc électrique du DAE efface ce tremblement d'un seul coup, laissant une place au cœur pour retrouver son propre rythme. Chaque minute avant le choc compte pour les chances de survie, et c'est la main des personnes présentes qui fait le lien pendant ce temps.
Le DAE n'est pas une machine qui fait marcher le cœur.
C'est un chef de chœur qui fait taire, une fois, un chant devenu chaotique.
Le mécanisme par lequel un cœur normal bat grâce à des signaux électriques est détaillé dans « Pourquoi le cœur peut-il continuer à battre tout seul ? », et les dangers du courant électrique dans le corps dans « Pourquoi est-ce si dangereux de toucher une prise avec les mains mouillées ? ».
- Sur votre trajet quotidien ou sur votre lieu de travail, repérez trois endroits où se trouve un DAE. Notez combien de minutes il faudrait pour un aller-retour, en cas de besoin.
- Posez un doigt sur votre poignet ou votre cou, comptez les battements pendant 15 secondes et multipliez par 4. C'est le nombre de signaux que votre nœud sinusal émet en une minute.
- Posez un coussin sur le sol et essayez d'appuyer au rythme de « 100 à 120 fois par minute ». Vous constaterez que c'est plus rapide qu'on ne le pense, et qu'après 2 minutes, les bras sont déjà bien fatigués.
Les services de pompiers et la Croix-Rouge japonaise, entre autres, organisent des formations pour s'entraîner au DAE et au massage cardiaque. S'être exercé une fois rend les gestes plus faciles à déclencher le jour où il le faut vraiment.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières spécialisées universitaires, chaque niveau est indiqué clairement
- Collègeprogramme de sciences du collège
- Lycéeprogramme de « physique » ou « biologie » du lycée
- Lycée+contenu d'approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Universitécontenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (électrophysiologie, génie biomédical)
- Recherchesujet qui n'est pas encore enseigné à l'université comme un fait établi, mais que les chercheurs étudient actuellement
CollègeVocabulaire : ce phénomène porte un nom
- Fibrillation ventriculaire : état dans lequel les cellules des ventricules (les chambres inférieures du cœur) se contractent sans coordination, faisant seulement trembler le cœur sans qu'il puisse propulser le sang.
- Défibrillation : suppression de la fibrillation par un choc électrique. DAE signifie « défibrillateur automatisé externe ».
- Nœud sinusal : groupe de cellules situé en haut à droite du cœur (oreillette droite), qui émet lui-même le signal du battement. Le stimulateur naturel du cœur.
- Période réfractaire : court moment, après qu'une cellule s'est excitée une fois, pendant lequel elle ne réagit pas à un nouveau stimulus. C'est le « repos » dont parle cet article.
CollègeLycéeVérifier par le calcul : quelle est l'énergie d'un seul choc électrique ?
Le DAE stocke l'électricité de sa pile dans un condensateur (un composant qui accumule l'électricité), puis la libère d'un coup. À partir de la formule de l'énergie stockée dans un condensateur, on estime l'ampleur d'un seul choc. La capacité et la tension utilisées ici sont des valeurs d'exemple pour le calcul.
| En symboles | E ＝ ½ × C × V² |
| En mots | énergie stockée ＝ ½ × capacité × tension au carré |
| D'où vient cette formule | Chaque petite quantité de charge ajoutée demande un travail pour s'opposer à la charge déjà accumulée. La somme de ces travaux reste stockée sous forme d'énergie (conservation de l'énergie) |
| Symbole | Signification et unité |
| E | énergie stockée dans le condensateur (joule) |
| C | capacité du condensateur (farad) |
| V | tension appliquée au condensateur (volt) |
| Capacité (exemple : 100 microfarads) | 0,0001 farad |
| Tension (exemple) | 1700 volts |
| Durée du passage du courant (ordre de grandeur) | environ 0,01 seconde (10 millisecondes) |
| Accélération de la pesanteur | 9,8 mètres par seconde au carré |
| Tension au carré | 1700 × 1700 ＝ 2 890 000 |
| Multiplier par la capacité | 2 890 000 × 0,0001 ＝ 289 |
| Diviser par deux (énergie) | 289 ÷ 2 ＝ 144,5 joules |
| Rapporté à la seconde (puissance) | 144,5 ÷ 0,01 ＝ 14 450 watts |
| Équivalent en nombre de micro-ondes de 1000 watts | 14 450 ÷ 1000 ≒ 14 appareils |
| Équivalent en travail pour soulever un objet de 1 kg sur quelle hauteur | 144,5 ÷ 9,8 ≒ 15 mètres |
Un seul choc représente environ 150 joules, soit à peu près la même valeur que les 150 à 200 joules utilisés par la plupart des DAE réels. En quantité, cela ne représente guère plus que soulever un colis de 1 kg sur 15 mètres. Mais comme cela se concentre en un centième de seconde, cet instant équivaut à la puissance d'une dizaine de micro-ondes. C'est cette « vitesse », et non la quantité, qui permet de mettre en mouvement toutes les cellules du cœur en même temps.
LycéeLycée+L'« électricité » des cellules, et la forme du choc
LycéeLes cellules du cœur maintiennent habituellement un intérieur environ 0,09 volt plus bas que l'extérieur (potentiel de repos). Quand un signal arrive, des ions sodium entrent dans la cellule, l'intérieur devient positif (potentiel d'action), ce qui déclenche la contraction de la cellule. Pendant le potentiel d'action, la cellule ne reçoit pas de nouveau stimulus : c'est la période réfractaire.
Lycée+Les anciens défibrillateurs faisaient passer le courant dans une seule direction (onde monophasique). La plupart des DAE actuels utilisent une onde biphasique, qui inverse le sens du courant en cours de choc. On obtient le même effet avec moins d'énergie, et la contrainte sur le muscle cardiaque serait aussi moindre.
UniversitéPourquoi un tourbillon se forme-t-il, et pourquoi disparaît-il ?
Le muscle cardiaque est, en électrophysiologie, un type de « milieu excitable » : dans certaines conditions, une onde d'excitation peut continuer à tourner en spirale. C'est ce qu'on appelle une onde spirale (ou réentrée), et la fibrillation ventriculaire est considérée comme un état où ce tourbillon se divise en de nombreux fragments. Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer l'efficacité de la défibrillation, dont « l'hypothèse de la masse critique », selon laquelle il faut exciter d'un coup une proportion suffisante du muscle cardiaque pour que le tourbillon ne puisse pas se maintenir.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Défibrillation (Wikipédia, en japonais) ／ Fibrillation ventriculaire (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Où naît la fibrillation, et comment se maintient-elle ? On débat encore de savoir si un petit nombre de grands tourbillons jouent le rôle de « parent », ou si de nombreux petits tourbillons se succèdent sans cesse.
- Quelle est la meilleure façon d'envoyer le courant ? La combinaison optimale de forme d'onde, d'énergie et de position des électrodes continue d'être comparée dans des études cliniques.
- Comment acheminer plus vite un DAE ? Des expériences de transport de DAE par drone, ou des systèmes qui alertent par smartphone des volontaires situés à proximité, sont testés dans plusieurs pays.
Autrement dit, le contenu de cet article reste lui aussi « une explication selon ce que l'on sait aujourd'hui ». Mais de nombreuses données confirment qu'appuyer vite et envoyer le choc vite augmente le nombre de personnes sauvées.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 4e : « courant électrique », « circulation sanguine » | Fonctionnement du cœur, passage du courant |
| Lycée | Physique : « condensateurs » ; biologie : « conduction de l'excitation » | Formule de l'énergie, potentiel de repos et période réfractaire |
| Lycée+ | Approfondissement physique/biologie | Onde biphasique |
| Université | Électrophysiologie, génie biomédical | Onde spirale, hypothèse de la masse critique |
| Recherche | Cardiologie, sciences de la réanimation | Mécanisme de la fibrillation, acheminement du DAE |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Appel au 119, massage cardiaque et DAE face à une personne qui s'effondre |
- Agence des pompiers et de la gestion des catastrophes du Japon, « État actuel des secours et sauvetages » (総務省消防庁「救急・救助の現況」), et autres documents relatifs aux secours
- Conseil japonais de réanimation (日本蘇生協議会), Recommandations JRC pour la réanimation 2020 (『JRC蘇生ガイドライン2020』), Igaku-Shoin (医学書院)
- American Heart Association, Guidelines for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovascular Care
- Fondation japonaise de médecine d'urgence (日本救急医療財団), « Recommandations sur le déploiement adéquat des DAE » (「AEDの適正配置に関するガイドライン」)
※Cet article est une présentation scientifique destinée au grand public. Les chiffres indiqués sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Pour les gestes de secours réels, suivez les instructions vocales du DAE ainsi que celles de l'opérateur du 119, des pompiers ou des autorités locales. Il est recommandé de s'entraîner lors d'une formation.