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Aspects hématologiques

Hémodilution

Le mélange du sang avec le liquide d’amorçage (1.0 - 1.5 L de solution hydro-électrolytique) est responsable d’une hémodilution majeure qui abaisse soudainement l’hématocrite aux environs de 25% et qui diminue la pression colloïdo-osmotique de 40% [145]. C’est la cause principale de la chute de pression enregistrée au début de la CEC. La pression remonte ensuite parce que l’hypothermie provoque une stimulation des résistances artérielles périphériques (RAS) et parce que la viscosité augmente à mesure que la température du sang baisse. La chute de la pression osmotique aggrave la fuite liquidienne extracellulaire dans l’espace interstitiel des poumons, du coeur, du foie, des reins, des viscères abdominaux et des muscles.

L’hémodilution est avantageuse sur plusieurs plans (voir Amorçage).

  • Elle améliore la microcirculation en baissant la viscosité sanguine, ce qui est capital en hypothermie ; la viscosité reste stable lorsque l’Ht en pourcent a la même valeur que la température en degrés C° ;
  • Elle diminue le besoin en sang allologue et les complications associées à la transfusion ;
  • Elle est bien tolérée puisque la consommation d’O2 tissulaire est diminuée à froid.

En CEC normothermique, un Ht de 18% suffit juste à remplir les besoins en oxygène d’un malade endormi et curarisé [206]. Lorsque l’Hb est < 70 g/L, le flux sanguin cérébral augmente de 45% et le flux plasmatique rénal s’élève dans la zone corticale, mais la réserve coronarienne diminue de 50% et la perfusion splanchnique est à la limite de l’ischémie [267,343].

L’hémodilution n’est bénéfique que dans certaines limites. Un Ht inférieur à 22%, par exemple, est un facteur prédictif indépendant de morbi-mortalité postopératoire [141]. L’Ht a un impact particulier sur la fonction cérébrale et sur la fonction rénale. Les troubles neurocognitifs deviennent plus importants lorsque l’Ht minimal est de 15-17% [96] ; seul un Ht > 28% assure un status neurologique postopératoire normal [365]. Chez les enfants, le score neurologique et le développement psychomoteur sont meilleurs lorsque l’Ht en CEC est élevé (28%) que lorsqu’il est bas (21%) [170]. D’autre part, la fonction rénale s’aggrave linéairement avec la baisse de l’hémoglobine lorsque l’hématocrite est < 30% [348]. Un Ht de 25-28% en cours de CEC est donc la limite inférieure de sécurité pour garantir la reprise fonctionnelle des organes.

 

Hémolyse

Le contact avec des surfaces étrangères de différentes natures provoque une série de traumatismes hématologiques plus ou moins sévères, et en général directement proportionnels à la durée de la CEC. De plus, les pompes provoquent des lésions mécaniques des éléments figurés, qui sont fonction de leur degré d’occlusivité et de leur vitesse de rotation. Enfin, les aspirations dans le champ opératoire sont responsables d’une partie des dégâts inflammatoires et érythrocytaires, qui sont d’autant plus graves que les aspirations sont puissantes et prolongées et que l’hémorragie est importante. L’hémolyse qui en résulte est bien visible dans les urines qui deviennent rouge bordeau. Dans ce cas, il est nécessaire de maintenir un débit urinaire satisfaisant et d’alcaliniser les urines avec du bicarbonate de Na+ (50-100 mmoles i.v.) pour freiner la cristallisation de l’Hb libre dans les tubules [140].

Une autre cause d’hémolyse est la présence d’agglutinines froides. C’est une maladie autoimmune caractérisée par la présence d’anticorps causant l’agglutination des érythrocytes en dessous d’un certain seuil de température.

 

Agglutinines froides

Les agglutinines froides sont des anticorps IgM dirigés contre des antigènes Anti-I présents sur la membranne des globules rouges. Elles causent une agglutination de ces derniers à basse température. Au réchaufffement, ces aggrégats provoquent des thrombi microvasculaires et sont hémolysés, ce qui dégage une grande quantité d’hémoglobine libre. Cette affection est une maladie idiopathique, ou la séquelle d’un processus infectieux ou lymphoprolifératif. Son incidence est inférieure à 1% des patients de chirurgie cardiaque. L’affection se manifeste par des thromboses périphériques et une hémolyse (voir Chapitre 21 Coagulopathies).

Les agglutinines froides sont détectées au test de Coomb direct (présence de complément sur les GR du patient) et indirect (présence d’anticorps sériques). Elles existent chez tous les individus, mais ne réagissent normalement qu’à 0-4°C. Leur signification clinique tient à leur taux sérique et à la valeur de la température à laquelle elles sont activées. Les valeurs considérées comme sûres pour la CEC sont un titre inférieur à 1:32 à une température de 4°C, sans agglutination détectable à 28°C ou au-dessus. Les probabilités de complications peropératoires deviennent significatives pour des taux supérieurs à 1:512 à 4°C, ou inférieurs à cette valeur si la température d’activation est supérieure à 25°C [242].

En salle d’opération, on prend une série de précautions [51].

  • Réduction des taux circulants par plasmaphérèse préopératoire si nécessaire ;
  • Chirurgie en normothermie (CEC > 34°C) ou à cœur battant ;
  • Réchauffement de la salle d’opération et des perfusions ;
  • Cardioplégie chaude (> 34°C) cristalloïde ou au sang ;
  • Réchauffer les poches de sang en cas de transfusion ;
  • En cas de crise avec hémolyse :
    • Réchauffer à 37°C ;
    • Améliorer la perfusion périphérique avec un vasodilatateur (nitroprussiate) ;
    • Alcaliniser les urines (50-100 mmoles bicarbonate de Na+) ;
    • Méthylprednisolone (500 mg) : efficacité discutée.

Les crises se manifestent par une hémolyse et des occlusions vasculaires périphériques, myocardiques, hépatiques et rénales.

 

Activation de la coagulation

La coagulation est un phénomène local, normalement déclenché par une lésion tissulaire qui rompt la barrière de l’endothélium (pour plus de détails, voir Chapitre 8 Coagulation & hémostase). Quatre processus physiologiques sont en jeu (Figure 7.19) [3,164].

  • Bouchon plaquettaire. La lésion endothéliale  permet un contact entre les facteurs tissulaires (von Willebrand, GPIb/V/IX) et les plaquettes circulantes ; celles-ci passent du repos à la phase activée. Les plaquettes activées s’ammassent entre elles en se reliant par les attaches de leurs récepteurs GPIIb/IIIa avec le fibrinogène. Les plaquettes activées et la lésion de l’endothélium fournissent une surface de phospholipides chargés négativement qui est la plateforme sur laquelle se bâtit la cascade de la coagulation.
  • Cascade de la coagulation. L’exposition du facteur tissulaire (FT) dans la lésion endothéliale active le Facteur VII circulant en F VIIa, ce qui met en marche la chaîne de la coagulation (voie extrinsèque) pour aboutir à la transformation de la prothrombine (F II) en thrombine (F IIa) ; celle-ci potentialise l’activation des plaquettes et de la coagulation par rétroaction dans une boucle amplificatrice (stimulation des facteurs Va et VIIIa qui à leur tour stimulent les facteurs XIa et Xa). La thrombine transforme le fibrinogène circulant en fibrine ; celle-ci va stabiliser le bouchon plaquettaire et le transformer en thrombus solide grâce à l’action du facteur XIII activé (F XIIIa) qui crée des ponts entre les molécules de fibrine.
  • Les cellules endothéliales normales agissent comme régulateurs pour empècher la propagation des thrombi au-delà de la zone lésée. Elles libèrent une série de facteurs inhibiteurs des plaquettes et de la cascade coagulatoire (antithrombine, NO, inhibiteur de la voie du facteur tissulaire) qui interrompent la voie de la coagulation et la contiennent au site de la lésion.
  • Fibrinolyse. L’endothélium libère également l’activateur tissulaire du plasminogène qui se lie à la fibrine et transforme le plasminogène en plasmine ; cette dernière va lyser la fibrine et la rompre en fragments sans activité coagulatoire (D-dimères).

Indépendamment de toute lésion tissulaire, la CEC déclenche directement la formation de thrombine et de fibrine. Cinq minutes après son début, le taux de thrombine et de fibrine soluble est déjà augmenté de 20 fois, alors que ces substances ne se rencontrent normalement qu’au niveau de la plaie et non dans la circulation systémique [72]. Là aussi quatre phénomènes interviennent [335].

  • Le système de contact. Au contact de surfaces étrangères chargées négativement comme le verre ou les plastiques, le Facteur XII (Hageman) se clive en F XIIa (activé) qui transforme la prékallikréine en kallikréine, les kininogènes en bradykinine et le facteur XI en F XIa ; ce dernier processus aboutit à la formation de thrombine par la voie intrinsèque de la coagulation. Le F XIIa active également la voie du complément et favorise la transformation de plasminogène en plasmine, provoquant la fibrinolyse.
  • Les plaquettes sont stimulées par le contact avec les surfaces étrangères et par l’excès de thrombine en circulation ; elle adhèrent aux surfaces, y forment des amas et sécrètent de la thromboxane A2 vasoconstrictrice. Leur nombre diminue de 30-50% au cours d’une CEC [307]. Leur fonction est réduite en hypothermie, mais de manière réversible au réchauffement.
  • La fibrinolyse. Le taux de plasmine circulante augmente 10-20 fois pendant la CEC ; la vitesse de formation et la vitesse de dégradation de la fibrine sont équivalentes, ce qui revient à une consommation accrue de fibrinogène sans formation de caillots [73].
  • La réaction inflammatoire. Les leucocytes sont activés par les surfaces étrangères ; ils vont alors sécréter du facteur tissulaire (FT) qui contribue au développement de la cascade coagulatoire et à la production de thrombine. Les surfaces étrangères stimulent aussi la voie alternative du complément (la voie classique est déjà activée par le F XIIa) ; les facteurs C3a et C5a se lient aux leucocytes circulants et contribuent à leur activation.

Les leucocytes activés s’infiltrent entre les cellules endothéliales et produisent des radicaux libres, des superoxydes et des enzymes lysosomiques; c’est la cause de lésions endothéliales, d’augmentation de perméabilité capillaire, d’accumulation liquidienne extracellulaire et de syndrome inflammatoire systémique (voir Syndrome inflammatoire). Les lésions imparties aux plaquettes et aux facteurs de coagulation (dénaturation protéique) sont directement liées à la durée de CEC, à la profondeur de l’hypothermie (≤ 25°), aux aspirations, et au contact avec l’air (réservoir veineux, aspirations).

On peut réduire l’activation de la coagulation par différents moyens, mais, hormis l’anticoagulation, leur efficacité est très variable.

  • Anticoagulation complète par l’héparine non-fractionnée (HNF) ; l’activité de la thrombine est bloquée lorsque l’ACT est > 480 secondes, mais il faut que le taux d’anti-thrombine soit adéquat (voir Anticoagulation). L’héparine elle-même stimule les plaquettes.
  • Supplémentation en anti-thrombine (AT III), car son taux baisse de 30% en CEC à cause de l’hémodilution et de la consommation par l’héparine. Administration sous forme de concentré d’AT III (800 – 1’000 U/kg) ou de plasma frais décongelé (2 poches) [381].
  • Antifibrinolytiques ; l’acide tranexamique et l’acide amino-caproïque se fixent sur la lysine du plasminogène et bloquent l’activation de la plasmine, donc la fibrinolyse. L’aprotinine est un inhibiteur non spécifique des protéases, qui bloque directement la plasmine (voir Anti-fibrinolytiques).
  • Thromboplégie ; la CEC active les plaquettes qui relâchent leurs granules (ADP, thrombexane), forment des agrégats et adhèrent aux surfaces ; 30-50% d’entre elles ne sont plus fonctionnelles en postopératoire [307]. Leur blocage momentané par un agent antagoniste du récepteur P2Y12 comme le cangrelor en perfusion (demi-vie : 9 minutes) les protège de la stimulation et préserve leur fonctionnalité pour le postopératoire [191]. Cette thérapeutique prometteuse est encore en phase d’essai.
  • Restriction des aspirations ; le sang récupéré contient de l’air ainsi que des activateurs de la coagulation (TF, thrombine, plasmine) et de l’inflammation (interleukines, TNF, C3a, C5a). Les aspirations sont la source principale d’hémolyse, de thrombopénie, de coagulopathie et de stimulation du syndrome inflammatoire [335]. Les perturbations du système coagulatoire sont nettement diminuées lorsqu’on ne recycle pas le sang aspiré ou lorsqu’on le filtre dans un système CellSaver, mais ces manoeuvres éliminent malheureusement les plaquettes, les protéines et les facteurs de coagulation [374].
  • Restriction de la taille des circuits ; la miniaturisation des circuits et la suppression du réservoir de cardiotomie minimisent le contact du sang avec des surfaces étrangères et suppriment le contact avec l’air, ce qui freine la libération des activateurs de la coagulation et des déclencheurs inflammatoires.
  • Biocompatibilité des circuits ; les circuits préhéparinés et les circuits imprégnés de polymères particuliers freinent la cascade du complément et l’activation leucocytaire. L’effet clinique est toutefois peu important [222].
  • Opération à cœur battant sans CEC ; l’absence de CEC n’élimine pas l’activation coagulo-inflammatoire, mais la réduit ; la dysfonction plaquettaire est moindre [361].

 

 

Aspects hématologiques
Le volume d’amorçage de la CEC provoque une hémodilution (Ht 25-28%), nécessaire pour freiner l’augmentation de la viscosité du sang à basse température. En hypothermie, la viscosité reste stable lorsque la valeur de l’Ht en % est la même que celle de la température en degrés C°. Lorsque l’Ht est < 25%, le status neurologique et la fonction rénale postopératoires sont péjorés.
La CEC provoque une hémolyse, en général infra-clinique. En hypothermie, celle-ci peut devenir massive en présence d’hémagglutinines froides (mises en évidence par un test de Coombs).
La CEC déclenche rapidement la formation de thrombine et de fibrine, indépendamment de toute plaie tissulaire. Quatre systèmes sont activés par le contact avec des surfaces étrangères:
- Le F XII activé déclenche la voie intrinsèque
- Les plaquettes sont stimulées
- La fibrinolyse détruit la fibrine formée mais consomme du fibrinogène
- L’activation des leucocytes et du complément déclenche une réponse inflammatoire
systémique massive

 

La suite...