Cardiogramme
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Techniques de cardioplégie

Malgré un demi-siècle de recherche sur la cardioplégie, de nombreuses questions restent irrésolues, et la solution idéale n’est toujours pas trouvée. Il existe de nombreuses variations dans ces perfusats.

  • Solution cristalloïde hyperkalémique et hypotherme (5-10°) ;
  • Sang additionné de solution potassique ;
  • Cardioplégie au sang hypotherme ou normotherme ;
  • Perfusion intermittente ou continue ;
  • Pompe et circuit séparés sur la machine de CEC ou distribution sous manchette à pression ;
  • Addition de substrat métabolique: glucose, acides aminés, ATP ;
  • Addition d’agents protecteurs.

Le but d’une cardioplégie est de remplir six exigences physiologiques: l’arrêt cardiaque immédiat, le frein du métabolisme, l’apport de substrat, le maintien du pH, la prévention de l’oedème, et la prévention des lésions de reperfusion [33].

 

Solutions cristalloïdes

La solution de cardioplégie cristalloïde est la plus simple et la moins coûteuse ; elle est efficace dans les cas standards. Les solutions les plus utilisées sont de type extracellulaire enrichies en potassium et pauvres en calcium, comme la solution de St. Thomas (Tableau 24.1). D’autres solutions miment la composition intracellulaire (basses en sodium et sans calcium), comme la solution de Bretschneider ou la solution HKT Custodiol™ ; elles sont aussi utilisées pour la préservation d’organes en transplantation. On ajoute habituellement du magnésium pour diminuer l’augmentation de [Ca2+]i que provoque l’hyperkaliémie. L’avantage de la cardioplégie cristalloïde est la clarté du champ opératoire pour le chirurgien et la rhéologie favorable pour atteindre des zones distales à des obstructions coronariennes serrées, mais le désavantage est l’impossibilité de transporter de l’oxygène et le risque d’hémodilution. Elle est de plus en plus remplacée par la cardioplégie au sang.

Les solutions de type St Thomas sont administrées par une pompe séparée du circuit de CEC (Figure 24.2) sous une pression d’environ 70-150 mmHg et un débit de 200-300 mL/min pendant au moins 2 minutes, car il faut 2 mL de solution par gramme de coeur, soit environ 500 mL pour un adulte. Pour l’entretien de l’arrêt, il suffit de répéter la perfusion toutes les 30 minutes avec un débit de 150 mL/min pendant 1-2 minutes. La température est de 5-10°. Par voie rétrograde, la pression de perfusion est de 20-30 mmHg environ, avec une valeur maximale de 40 mmHg.

Une modification de la cardioplégie cristalloïde consiste à administrer un petit volume d'une solution hautement concentrée [4]. Ces très fortes concentrations, notamment en K+, sont possibles parce que la quantité perfusée représente approximativement le volume de l'arbre coronarien. La majeure partie de la solution reste donc dans le coeur et ne se déverse pas dans la circulation générale. Ce petit volume ne permet pas des échanges thermiques significatifs; la protection, d'une durée de 30-60 minutes, est assurée par la composition de la solution mais non par l'hypothermie.

  • Custodiol™, solution hyperkaliémique pauvre en Na+ et en Ca2+ mais additionnée d’histidine, de kéto-glutarate et de mannitol, administrée en une seule dose de 50 mL/kg en 7-10 minutes ;
  • Cardioplexol™, solution hyperkaliémique (100 mmol/L) et hypermagnésémique (162 mmol/L), additionnée de xylitol et de procaïne; elle se donne en bolus de 100 mL, ce qui représente 10 mmol de K+, 16.2 mmol de Mg2+ et 300 mg de procaïne; elle protège le coeur pour 45 minutes, quelle que soit la température.

 

Cardioplégie au sang

Le sang artériel prélevé sur le circuit de CEC par une pompe séparée est additionné d’une solution électrolytique riche en potassium dans une proportion solution/sang de 1/5. Il traverse un échangeur thermique indépendant (Figure 24.2 et Figure 24.3). Le but est de réduire la calcémie (chélation), d’accroître l’osmolarité, de tamponner, et de gérer la température. Le résultat est un perfusat alcalin (pH ≥ 7.6) et hyperosmolaire (≥ 330 mOsm), contenant 20-25 mmol/L de potassium et peu de calcium (≤ 1 mmol/L) (Tableau 24.2). On profite ainsi de la capacité du sang à transporter de l’oxygène, de son pouvoir tampon, et de ses qualités rhéologiques et oncotiques. Le sang, et tout particulièrement les érythrocytes, ont l’avantage d’apporter des antagonistes des radicaux libres (superoxide dismutase, glutathion, catalase). L’histidine des protéines du plasma fournit la majeure partie du pouvoir tampon, efficace quelle que soit la température.

Comparée à la solution cristalloïde, la cardioplégie au sang donne de meilleurs résultats, notamment dans les cas à risque élevé: meilleure reprise fonctionnelle, moins de lésions ischémiques, reprise du rythme sinusal spontané plus fréquente, meilleure préservation des réserves d’ATP [60,236].

Une variation dans la proportion solution/sang consiste à injecter par une pompe-seringue (à 45 mL/h) une solution cardioplégique concentrée contenant 16 mmol/L de KCl et 3 mmol/L de Mg2+ dans un débit de sang pris sur la ligne artérielle de CEC, dont la température est > 30°C [37]. Cette technique limite le degré d’hémodilution.

La cardioplégie au sang peut être administrée sous trois températures différentes [60].

  • L’arrêt est en général induit par une perfusion froide (5-10°C) de 2-4 minutes à 200-300 mL/min et sous une pression de 60-150 mmHg; le maintien de l’immobilité mécanique est assuré par des perfusions itératives à 150 mL/min. En hypothermie, l’oxygénation tissulaire est toutefois diminuée par le fait que la courbe de dissociation de l’hémoglobine est déplacée vers la gauche; à 20°, le sang ne libère que la moitié de l’O2 qu’il fournit à 37°. Les températures basses améliorent la protection et permettent un temps d’arrêt entre les perfusions (30-40 minutes), mais les lésions de reperfusion restent très importantes.
  • Les malades qui souffrent d’angor instable aigu nécessitant une revascularisation d’urgence ont souvent des réserves d’ATP épuisées; on peut les améliorer en débutant par une cardioplégie hyperkaliémique chaude (37°) qui fournit du substrat métabolique (acides aminés), suivie ou non par des perfusions itératives de cardioplégie froide.
  • On peut aussi utiliser exclusivement une perfusion de cardioplégie au sang normothermique, mais elle doit rester continue ou réitérée toutes les 10 minutes. Si la distribution intramyocardique est inadéquate (cardiopathie hypertrophique, coronaropathie sévère), le coeur est alors exposé à des lésions ischémiques parce que le métabolisme n’est pas freiné. Par rapport à la cardioplégie froide, la cardioplégie «chaude» tend à améliorer la fonction ventriculaire postopératoire et à diminuer les marqueurs ischémiques (troponines, CK-MB), essentiellement dans les cas où elle peut rester continue pendant toute l’intervention ; cependant, elle ne modifie ni le devenir clinique ni la mortalité [1,81].
  • Un compromis est recherché dans une température intermédiaire tiède (27-30°C), qui s’est révélée efficace pour la protection myocardique et qui atténue les lésions de reperfusion [147].
  • Avant la revascularisation, une perfusion de cardioplégie normothermique (hot shot) pendant 2-3 minutes à 60 mmHg, diminue les lésions de reperfusion [34].

 

Substances ajoutées

Les solutions de cardioplégie doivent être légèrement hyperosmolaires pour diminuer l’oedème, légèrement alcalines pour freiner l’acidose lactique, et contenir peu de calcium pour minimiser l’accumulation calcique intra-mitochondriale. De nombreux additifs sont utilisés pour remplir ces fonctions.

  • Substances tampon: THAM, Tris, protéines; la modification de la constante de dissociation du bicarbonate de Na le rend impropre à alcaliniser une solution en hypothermie profonde ;
  • Agents hyperosmolaires: mannitol, albumine, colloïde ;
  • Antagonistes des radicaux libres: mannitol, déferoxamine ;
  • Antagoniste du Ca2+: magnésium ;
  • Substances pharmacologiques stabilisatrices des membranes: procaïne (dans la solution de St Thomas), stéroïdes ;
  • Précurseurs métaboliques: aspartate-glutamate (intermédiaires du cycle de Krebs), glucose-insuline (stimulation de la pyruvate-déshydrogénase) ;
  • Précurseur du NO: L-arginine (vasodilatation, réduction des effets du SIRS) ;
  • Précurseur de l’ATP: adénosine; cette dernière a un effet vasodilatateur et préconditionnant ;
  • Bloqueur de l’échangeur Na+/H+ : cariporide ; bien qu’améliorant les lésions de reperfusion, cette substance augmente le taux d’AVC et n’est pour l’instant pas utilisée en clinique [156] ;
  • Inhibition du complément : le pexelizumab et le TP10, qui inhibent la chaîne du complément au niveau de C5a, atténuent la morbi-mortalité après chirurgie cardiaque dans des groupes sélectionnés de patients, sans pour l’instant faire preuve d’effets cliniques significatifs [209a].

 

Antioxydants

De nombreuses substances agissent comme détoxifiants des radicaux libres (ROS : reactive oxygen species). De multiples études expérimentales chez l’animal ont démontré leur utilité pour diminuer les lésions myocardiques de l’ischémie et de la reperfusion. Les études cliniques, en revanche, n’ont pas mis en évidence d’impact sur le devenir des patients, bien que certaines de ces substances réduisent significativement les dégâts cellulaires [129]. L’application clinique se heurte à trois problèmes : 1) les tissus ischémiques sont peu accessibles aux médicaments administrés, 2) ceux-ci ont un faible taux de pénétration intracellulaire, 3) les organes concernés (cœur, vaisseaux, reins) souffrent déjà d’affections modifiant leur réaction à ces substances.

Parmi les anti-oxydants, on peut citer plusieurs substances, malheureusement sans grand impact en clinique. 

  • La superoxyde-dismutase, enzyme intracellulaire physiologique ;
  • La deferoxamine, qui chélate le Fe2+ donneur de protons ;
  • Le mannitol est utilisé dans certaines solutions de cardioplégie, mais reste dans le liquide extracellulaire ;
  • L’allopurinol, qui inhibe la xanthine-oxydase et peut diminuer le taux de CK-MB lorsqu’on le rajoute à la cardioplégie ;
  • Les vitamines C (acide ascorbique) et E (alpha-tocophérol), qui ont donné des résultats très disparates ;
  • La N-acétylcystéine, précurseur du glutathion et détoxifiant intracellulaire de plusieurs ROS, qui a démontré un certain effet de protection myocardique et rénale.

Plusieurs agents d’anesthésie se trouvent avoir un certain effet protecteur intracellulaire face à l’ischémie, notamment le propofol et le thiopental, plus efficaces sur le système nerveux central que sur le myocarde ; les diazépines ont peu d’activité protectrice, et l’étomidate est dénué d’effet. Les halogénés exercent une protection efficace par préconditionnement, qui représente une double activité sur les radicaux libres : ils induisent la formation d’un petite quantité de ROS qui agit comme messager intracellulaire, puis diminuent le taux total de ROS massivement libérés pendant l’ischémie et la reperfusion [172]. De cette manière, ils atténuent les lésions biochimiques et structurelles de l’ischémie dans le cœur, les reins, le foie, les reins et le cerveau [119,158].

Techniques de cardioplégie
Les techniques de cardioplégie peuvent être réparties en deux groupes :
- Solutions cristalloïdes hyperkaliémique et hypothermes
- Cardioplégie au sang, avec addition de K+ ; avantages : apport d’O2 et d’ATP, tampon
(valences histidine)
L’arrêt est provoqué par une hyperkaliémie, en général froide (5-10°C). Une solution de sang normotherme permet de réduire les lésions de reperfusion mais doit être continue.
De nombreuses substances peuvent être ajoutées selon les protocoles, entre autres :
- Tampon : Tris, THAM, histidine (le bicarbonate perd son effet tampon à froid)
- Agents hyperosomolaires (mannitol, albumine, colloïde)
- Magnésium, stéroïde, procaïne
- ATP, glucose
- Agents anti-oxydants

 

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