Cardiogramme
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Extra-Corporeal-Membrabe-Oxygenation

Description

L’ECMO est actuellement dénommée ECLS (Extra-Corporeal Life Support) dans le mode veino-artériel et ECMO dans le mode veino-veineux. C’est une extrapolation d’un circuit de CEC qui consiste en une pompe rotative centrifuge (par exemple BioMedicus™) ou une pompe à galets, et en un oxygénateur à membrane (Figure 12.18). Elle peut fonctionner selon deux modalités (Figure 12.19A) [308].

  • Mode veino-artériel (VA-ECLS) : le sang est drainé de la veine cave inférieure au voisinage de l’OD (canule 23-29 F) ou directement depuis l’OD et réinjecté après oxygénation dans une artère de haut débit (artère fémorale ou sous-clavière, ou aorte ascendante, canule 15-21 F) ; le débit systémique est la somme de l’éjection du VG et du débit de l’ECLS. L’assistance est cardio-respiratoire. Les échanges gazeux sont assurés par l’oxygénateur (SaO2 voisine de 100% dans la canule artérielle, PaCO2 selon le débit de gaz frais). En cas de canulation fémorale, le monitorage artériel en position radiale droite est impératif.
  • Mode veino-veineux (VV ou ECMO) : le drainage et le retour a lieu dans des veines centrales ; l’assistance n’est que respiratoire, le débit cardiaque reste assuré par les ventricules. La SaO2 est déterminée par celle du sang veineux retournant au cœur droit ; elle est équivalente à la SvO2 mesurée dans l’artère pulmonaire. Quelle que soit la fonction pulmonaire résiduelle, elle oscille entre 85% et 95%. Deux approches sont possibles : 1) double canulation fémorale (drainage dans la VCI) et jugulaire interne (retour du sang oxygéné), ou 2) canulation unique avec un cathéter à deux lumières introduit en jugulaire interne (Avalon™). Dans ce deuxième système, le sang est drainé dans la VCI et dans la VCS, et renvoyé oxygéné dans l’OD par un orifice orienté en face de la valve tricuspide (situé à 10 cm de l’extrémité distale de la canule) (Figure 12.19B).

Si une assistance circulatoire totale est nécessaire, les canules artérielle et veineuse d’ECLS doivent être insérées dans l’OD et dans l’aorte ascendante, respectivement ; pour une assistance droite isolée, la canule veineuse est placée dans l’OD et la canule artérielle dans l’AP (ou dans l’OG en cas d’HTAP sévère). Ces modes d’implantation nécessitent évidemment un accès par sternotomie. Lorsqu’il est impossible de sevrer la CEC après chirurgie cardiaque, la canulation centrale dans l’OD et l’aorte offre de meilleures performances que la canulation fémorale, sans augmenter le risque d’infections ni de médiastinite [75]. Il n’y a ni réservoir veineux ni filtre artériel dans le circuit, dont le volume d’amorçage est de 400-500 mL.

En mode veino-veineux, le sang oxygéné se mélange au sang veineux central du patient pour entrer dans l’artère pulmonaire ; le sang désoxygéné est drainé par la canule veineuse dans l’oxygénateur. Cependant, selon leur position par rapport à l’OD, les canules peuvent être très proches l’une de l’autre ; une partie du sang oxygéné peut alors court-circuiter le malade et retourner directement à l’oxygénateur ; c’est le phénomène de recirculation [307]. Ce travers est moins fréquent avec le cathéter unique à deux lumières (Avalon Elite™), car les sites de prélèvement (VCS et VCI) sont éloignés du site de réinfusion (OD, en face de la tricuspide) (Figure 12.19B) [46]. La recirculation se caractérise par la combinaison d’une SaO2 basse (< 85%) et d’une SvO2 pré-oxygénateur élevée (> 75%) [306].

L’oxygénateur est en général constitué d’un système à membrane de silicone non-microporeuse enroulée ; bien que les échanges gazeux soient un peu moins performants qu’avec les membranes en polypropylène microporeuses habituelles en CEC, la biocompatibilité est meilleure et la durabilité plus longue car il n’y a aucun contact sang-air. Une nouvelle génération d’oxygénateur en fibres creuses non-microporeuses de polyméthylpentène (Quadrox D™, surface effective 1.8 m2) allie les avantages d’isolation complète sang-air, de durabilité (jusqu’à 2 semaines) et d’excellents échanges gazeux (voir Figure 12.18). Le débit d’ECLS/ECMO, la fraction d’O2 du mélange O2/air administré et la fonction pulmonaire résiduelle déterminent la PaO2 (elle s’élève parallèlement au DC parce que le pourcentage de sang oxygéné augmente). Le débit de gaz frais et le débit de pompe déterminent la PaCO2, que le système abaisse très efficacement (le transfert de CO2 est 10 fois plus rapide que celui d’O2) [3]. Le gradient de pression à travers l’oxygénateur est de 30 à 150 mmHg ; il augmente en cas de thrombus [306]. Une hypoxémie relève de plusieurs facteurs : défaut de l’oxygénateur, débit de pompe et/ou de gaz frais trop bas, détérioration des fonctions pulmonaires, recirculation (VV-ECMO), demande métabolique accrue (fièvre, sepsis). La PaO2 dépend du lieu de prélèvement : lors de canulation fémorale, elle est plus basse dans la radiale droite que dans la radiale gauche, et plus basse que dans la fémorale à cause du flux rétrograde dans l’aorte. En cas de canulation dans l’aorte ascendante, elle est au contraire très élevée dans les artères radiales. C’est la raison pour laquelle le monitorage artériel en radiale droite est impératif lors de canulation fémorale.

Les pompes extracorporelles centrifuges (vitesse de rotation : environ 3’000 tours/min) peuvent assurer un débit continu non-pulsatile de l’ordre de 4-6 L/min (Rotaflow™ Maquet, Biomedicus BPX80™ Medtronic, Affinity CP™ Medtronic, Revolution™ Sorin). Comme elles ne sont pas occlusives, elles produisent peu d’hémolyse mais sont sensibles à la postcharge : leur débit baisse si les RAS augmentent. Elles produisent un effet de succion en amont qui assure le drainage du sang mais les rend sensibles à l’hypovolémie : le risque de collapsus veineux en cas de trop haut débit par rapport au remplissage est géré en réduisant la vitesse de rotation de la pompe. Une nouvelle pompe miniaturisée à lévitation magnétique (Levitronix™ CentriMag) permet d’étendre la durée de l’ECLS jusqu’à 3-4 semaines. Lorsqu’on arrête une pompe centrifuge, le sang reflue dans le circuit [306]. Les pompes à galets, comme celles de CEC, sont occlusives et insensibles à la postcharge ; elles n’ont pas d’effet d’aspiration mais provoquent davantage d’hémolyse ; le drainage doit se faire par gravité. Elles ne sont plus guère utilisées actuellement pour l’ECLS.

 

Indications et contre-indications

L’indication à l’ECLS est une insuffisance cardiaque et/ou respiratoire réfractaire au traitement conventionnel qui menace la survie du patient, mais qui est potentiellement réversible en moins de 2 semaines, telle qu’on la rencontre après chirurgie cardiaque (échec de sevrage de la CEC, TAVI à haut risque), réanimation cardio-pulmonaire intra-hospitalière, transplantation pulmonaire, pneumonie, embolie pulmonaire, noyade, SDRA, sepsis, cardiomyopathie aiguë fulminante ou du postpartum [307]. Les chances de survie du patient doivent être ≥ 50% ou sa mortalité de l’ordre de 50%. Dans les syndromes de détresse respiratoire, l’ECMO permet de maintenir une ventilation protectrice à bas volume courant (3 mL/kg) ; dans la décompensation droite sur hypertension pulmonaire ou sur assistance ventriculaire gauche (voir Anesthésie pour assistance), elle court-circuite le VD qui est ainsi déchargé, et autorise à baisser les vasodilatateurs pulmonaires [3,202]. Après réanimation cardio-pulmonaire intra-hospitalière, elle augmente la survie à 2 ans de 5% à 20% [266]. Dans toutes ces circonstances, l’implantation précoce est préférable à une temporisation délétère pour la perfusion des organes et la récupération du myocarde. Après échec d’une thérapie pharmacologique et d’une ventilation maximales, les valeurs-seuils considérées comme une indication sont les suivantes :

  • IC < 1.8 L/min/m2 ;
  • PAPO > 18 mmHg et/ou PVC > 15 mmHg ;
  • PaO2/FiO2 < 150 ;
  • Score de Murray 2-3 (Tableau 12.7) ;
  • Acidose métabolique/respiratoire (lactate > 3 mmol/L, pH < 7.3) ;
  • Pression artérielle systémique (systole) < 90 mmHg. 

Les contre-indications à l’ECLS sont l’irréversibilité de la cardiopathie, la non-indication à la transplantation, les dégats neurologiques graves, l’insuffisance aortique sévère et l’arrêt cardiaque prolongé [274].

 

Prise en charge

Le monitorage de routine consiste en un cathéter artériel (radial droit en cas d’ECLS périphérique), voie centrale multilumière, échocardiographie quotidienne ou à demeure (ImaCor™), saturométrie cérébrale (NIRS), gazométries et dosages du lactate répétés. Un taux de lactate > 5.0 mmol/L pendant ≥ 24 heures double le risque de mortalité [261]. Le système doit être surveillé en permanence par un personnel spécialisé dans les techniques de perfusion extracorporelle [286]. L’ECMO déclenche une réaction inflammatoire systémique intense qui se manifeste par une relative vasoplégie et un infiltrat interstitiel pulmonaire (capillary leak syndrome). La coagulation doit être surveillée de manière permanente par des tests rapides au lit du malade (ACT, thromboélastogramme, test de réactivité plaquettaire), les plaquettes maintenues à 50’000-100’000/mcL et le taux de fibrinogène ≥ 1.5 g/L. L’ACT recherché est de 180-200 secondes pour la canulation (héparine 50-100 UI/kg en bolus), puis de 150-180 secondes (héparine 10-20 UI/kg/h). L’aPTT est 1.5 à 2 fois la norme (55-65 sec) et l’INR < 1.3. En cas de discordance, le taux d’activité anti-Xa renseigne sur le degré d’héparinisation ; le taux recherché est de 0.2-0.3 UI/mL [306]. Il n’existe toutefois aucun protocole d’anticoagulation accepté universellement [3]. La combinaison d’un taux d’antithrombine III (AT-III) < 50% et d’un besoin accru en héparine est une indication à administrer des concentrés d’AT-III. Les réglages et les valeurs visées pour une ECMO équilibrée chez un adulte sont les suivants [308] :

  • Débit de pompe 50 – 120 mL/kg/min
  • Débit de gaz frais (oxygénateur) 50 – 120 mL/kg/min
  • FiO2 0.6-1.0
  • SaO2 (sang artérialisé post-oxygénateur) 100% (PaO2 300-600 mmHg)
  • SaO2 (artère périphérique) ECLS VA > 95%, ECMO VV 85-95%
  • SvO2 (retour veineux) > 70%
  • SpO2 (périphérie) 85-95%
  • PaCO2 35-45 mmHg
  • PAM 50-80 mmHg
  • Ht 30 – 35%
  • ACT 150-180 sec
  • Anti Fact Xa ≥ 0.2
  • aPTT 1.5-2 x la norme
  • Thrombocytes 50’000-100’000/mcL
  • Lactate < 4.0 mmol/L

Le débit artériel généré par la pompe d’ECLS peut entraîner une augmentation suffisante de la postcharge gauche pour induire une décompensation du VG et un OAP ; d’autre part, le VG reçoit toujours le sang du retour par les vaisseaux bronchiques. La dilatation du VG est visible à l’échocardiographie ; la valve aortique ne s’ouvre plus et la pulsatilité disparaît de la courbe artérielle. Le traitement consiste en agents inotropes et en vasodilatateurs artériels pour baisser la postcharge gauche, afin d’obtenir une pression pulsée > 10-15 mmHg. On peut y adjoindre une CPIA ou une assistance extracorporelle de type Impella™. Le VG peut être décomprimé (venting) par drainage percutané trans-septal (voie jugulaire ou sous-clavière) ou apical (voie sous-xyphoïdienne) [3].

Même en mode veino-artériel, le patient doit être ventilé pour éviter que le sang distribué aux coronaires et au cerveau ne soit du sang non oxygéné. En effet, le débit rétrograde depuis l’artère fémorale ne permet pas d’assurer une perfusion adéquate de la racine de l’aorte, qui est perfusée prioritairement par du sang venu des poumons et éjecté par le ventricule gauche. Le ventilateur est réglé en mode pression-assistée (pic de pression inspiratoire < 25 cm H2O), avec un volume courant de 4-6 mL/kg, une FiO2 à 0.3-0.5, une PEEP à 10-15 cm H2O et une fréquence de 6-10/minute [46]. Dans l’ECLS périphérique, la SaO2 doit rester > 90%.

 

Complications

Les complications sont dominées par les problèmes d’hémostase et par l’insuffisance rénale [63,147].

  • Hémorragie par les sites de canulation (25-40% des cas), hémorragie digestive (25% des cas) ou intracrânienne (6% des cas), hémothorax, tamponnade (41% des cas) ; le seuil de transfusion est de 90 g/L d’hémoglobine.
  • Thromboses dans l’oxygénateur ou dans le circuit, embolie (AVC : 6% des cas).
  • Thrombocytopénie (risque de thrombocytopénie induite par > 5 jours d’héparine, HIT), hémolyse, fibrinolyse (thromboélastogramme, D-dimères), CIVD, syndrome de von Willebrand acquis.
  • Insuffisance rénale (75% des cas).
  • Infection et sepsis (30% des cas).
  • Complications respiratoires : pneumonie (22% des cas), SDRA (10%).
  • Ischémie de la jambe dont dépend l’artère fémorale canulée (17% des cas) ; pour la prévenir, une ligne de reperfusion distale peut être montée en «Y» sur la canule artérielle («y’ed»).
  • Complications neurologiques (13% ds cas).
  • Embolie gazeuse par cavitation ou par entraînement d’air au niveau de la succion veineuse.
  • Bas débit dû à une hypovolémie (collapsus veineux sur l’effet de succion), à une tamponnade ou à une malposition des canules. Le maintien de la pression artérielle par des vasoconstricteurs réduit le débit de pompe par excès de postcharge.
  • Hypotension par vasoplégie.

Le Tableau 12.8 résume les principaux problèmes rencontrés au cours d’une ECLS et les mesures à prendre pour les résoudre.

 

Sevrage

Le sevrage de l’ECLS est déterminé par la récupération de la fonction ventriculaire et par celle des échanges gazeux pulmonaires [606,75].

  • ECLS VA : apparition d’une pulsatilité ventriculaire significative sur la courbe artérielle ; le sevrage est précédé de la mise en route d’un support inotrope suivi par échocardiographie, et d’un support ventilatoire complet. Il commence par une réduction progressive du débit de pompe et comprend un palier de 24 heures à 1.5-2 L/min [75]. Les patients dont la FE ne dépasse pas 0.3 à 2-3 jours ont peu de chance de pouvoir être sevrés de l’ECLS.
  • Lorsque le débit de l’ECLS/ECMO est de 1.5 L/min et la SaO2 > 92%, le sevrage est possible si l’échocardiographie montre une FE du VG ≥ 35%, une intégrale de vélocité du flux aortique ≥ 10 cm et une vélocité de contraction au Doppler tissulaire ≥ 6 cm/s en l’absence de dysfonction droite [6]. Il peut être nécessaire de maintenir un support par CPIA pendant 3-5 jours après le sevrage.
  • Lors de récupération progressive de la fonction gauche en présence d’échanges gazeux pulmonaires insuffisants, la patient court le risque d’un syndrome d’Arlequin : il a la tête bleue et les jambes rouges. Le cœur éjecte un sang désaturé et le flux fémoral ne compense plus l’éjection cardiaque. Dans ce cas, il faut passer à un système d’ECMO VV ou augmenter le flux d’ECLS de manière à minimiser l’éjection.
  • ECMO VV : l’augmentation de la SaO2 au dessus de la SvO2 indique une récupération des échanges gazeux pulmonaires, confirmée par l’amélioration de la compliance pulmonaire et de la radio du thorax. Le débit de l’ECMO est baissé à 1-2 L/min et le respirateur est réglé pour assurer la ventilation. Si la situation est stable après 2-3 heures et si le VD fonctionne normalement, l’ECMO peut être stoppée. Une dysfonction sévère du VD et une PAPm > 65% de la PAM sont de très mauvais pronostic et signent une irréversibilité de l’insuffisance pulmonaire.
  • L’ETO, particulièrement avec une sonde miniaturisée qui peut être laissée à demeure pendant plusieurs jours (hTEE ImaCor™), est une aide fondamentale pour le processus de sevrage : évaluation de la fonction ventriculaire droite et gauche, du flux aortique, du degré de remplissage, de la dilatation éventuelle, et du besoin en agents inotropes [58].
  • S’il n’y a pas de fonction ventriculaire après plus de 3 jours d’ECMO chez un malade sans espoir de survie ni d’indication à une assistance à long terme ou à une transplantation, le traitement peut être considéré comme futile. Dans ce cas, il est plus sage de l’interrompre.
  • L’échec du sevrage (30-50% des cas) signifie le décès du patient ou le passage à un mode d’assistance à long terme. Les meilleurs prédicteurs d’un échec du sevrage sont une SvO2 < 65% et un taux de lactate > 8 mmol/L à 24 heures [147].

Le taux de survie moyenne après ECLS/ECMO est de l’ordre de 40-65%, variable selon les indications. Ceci paraît faible, mais il s’agit de patients qui seraient décédés sans cette assistance [3]. Par ailleurs, les résultats sont d’autant meilleurs que le traitement est mis en route plus tôt après l’événement qui a déclenché le choc cardiogène : une pression systémique systolique < 90 mmHg, un pH < 7.2 et une FE < 35% en pré-implantation sont des prédicteurs de faillite [147,305]. Mais cette thérapeutique a un prix : pour une moyenne de 51 jours d’hospitalisation, le coût de la procédure est de 73’122 $ et celui du séjour hospitalier de 210’142 $ [231].

 

 

ECMO et ECLS
Système de soutien hémodynamique et respiratoire consistant en un circuit externe avec oxygénateur et pompe. ECMO (extra-corporeal membrane oxygenation), mode veino-veineux, ECLS (extra-corporeal life support), mode veino-artériel. Indications: insuffisance cardio-respiratoire réfractaire au traitement conventionnel, potentiellement réversible en 2 semaines ou susceptible de justifier une assistance à long terme ou une transplantation, avec une chance de survie > 50%.
- Circuit avec pompe centrifuge (5 L/min) et oxygénateur à membrane
- Canulation fémorale, jugulaire/sous-clavière ou centrale (OD et aorte)
- Mode veino-artériel: sang prélevé dans la veine cave, oxygéné et renvoyé dans l’artère
fémorale; assure un soutien hémodynamique (assistance au VG) et un soutien respiratoire
- Mode veino-veineux: sang veineux prélevé dans la VCI, oxygéné et renvoyé dans une
veine centrale (VCI ou OD); assure seulement un soutien respiratoire et nécessite une
fonction ventriculaire conservée
- Maintien de la ventilation assistée/contrôlée
- Anticoagulation (ACT 150-180 sec, activité anti-Xa ≥ 0.2-0.3 UI/mL)
- Complications principales: hémorragies, insuffisance rénale, infections
- Sevrage: FE > 0.35, SaO2 > 92%, SvO2 > 70%, lactate normal, contrôle échocardiographique
- Taux de survie: 40-65%

 

 

 

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