Préservation ischémique du poumon
Cours de pneumologie
Introduction
:
La durée de préservation ischémique d’un poumon prélevé sur un
donneur en état de mort cérébrale est l’un des facteurs limitant
l’expansion de la transplantation pulmonaire et ceci
indépendamment de la technique chirurgicale employée :
En effet, les méthodes de conservation actuellement
utilisées, n’autorisent pas à dépasser 6 à 8 heures d’ischémie.
Des
travaux expérimentaux permettent d’atteindre jusqu’à 36-48 heures
d’ischémie, avec un déficit qualitatif de la ventilation et de la
perfusion pulmonaire dû au double traumatisme de procédures des prélèvement-transplantation et d’ischémie-reperfusion, hors
mécanismes de rejet.
Cliniquement, l’altération du greffon se
caractérise par une augmentation des résistances et de la
perméabilité vasculaire, traduisant la présence d’un oedème
pulmonaire.
Il a été montré que l’importance du syndrome de reperfusion est proportionnelle à la durée d’ischémie.
Les progrès
réalisés dans la préservation des poumons et concernant la tolérance
ischémique (amélioration du potentiel de récupération) sont faibles,
si on les compare à ceux obtenus dans d’autres domaines de
transplantation.
Ce travail examine les éléments physiopathologiques
de l’ischémie pulmonaire, afin de comparer les
différentes stratégies de protection.
Physiopathologie des lésions
pulmonaires au cours
de l’ischémie-reperfusion :
Plusieurs phénomènes sont à l’origine des dommages cellulaires.
– Altération de l’endothélium.
L’endothélium des vaisseaux
pulmonaires, siège de réactions immunologiques spécifiques et producteur majeur de radicaux libres, représente l’élément le plus
sensible au phénomène d’ischémie-reperfusion à l’origine d’une
augmentation de la perméabilité capillaire et de la formation
d’oedème interstitiel.
Schématiquement, les mécanismes
physiopathologiques observés sont les suivants : passage de la
glycolyse aérobie à la glycolyse anaérobie avec déphosphorylation
des nucléotides, altération des pompes Na+/K+-Ca++ ATPases et
baisse du pH intracellulaire.
– Activation des leucocytes et des plaquettes, suivie d’une dégranulation des neutrophiles et du relargage des médiateurs
chimiques de l’inflammation (kinines vasoactives, platelet activating
factor [PAF]), stimulation de la cascade du complément.
– Formation au niveau des membranes cellulaires de l’acide arachidonique et synthèse de ses principaux métabolites
vasoconstrictifs : thromboxane et leucotriènes, contribuant au no
reflow phenomenon.
– Production de radicaux libres, molécules très réactives ayant un
électron célibataire.
Les radicaux libres se forment principalement à
la reperfusion de l’organe, suite à la réintroduction de l’oxygène.
Pendant l’ischémie, la dégradation des nucléotides adényliques
phosphorylés (acide adénosine tri-, di-, monophosphorique [ATP, ADP, AMP]), conduit à la formation d’adénosine, d’inosine et
d’hypoxanthine.
L’hypoxanthine est ensuite catalysée par la
xanthine oxydase, dérivée de la xanthine déshydrogénase, pour
produire la xanthine, le radical superoxyde (O2–) et le peroxyde
d’hydrogène (H2O2).
L’anion superoxyde est transformé en
radical hydroxyle (OH–) et en oxygène singulet (O2), comme décrit
par la réaction de Haber-Weiss catalysée par Fe++ (O2– + H2O2 ®®
O2 + 2 OH–).
Les radicaux libres provoquent :
– la peroxydation des lipides (acide gras polyinsaturés et
phospholipides) de membrane, au niveau cytoplasmique (cellules
endothéliales en particulier) et des organites intracellulaires
(mitochondries et lysosomes) ;
– la dépolymérisation de mucopolysaccarides ;
– l’oxydation des protéines sulfhydriques ;
– la lésion de l’acide désoxyribonucléique (ADN).
Méthodes de recherche concernant
la préservation pulmonaire :
La recherche, dans le domaine de la préservation pulmonaire, a
connu des difficultés pour élaborer des modèles standardisés et
facilement reproductibles.
Les procédures de TMP, TBP et TCP ont
été conçues chez le porc, le chien et le bovin (The Johns Hopkins
Hospital, en ce qui concerne la technique chirurgicale).
La TBP
représente le modèle idéal même s’il a été exclusivement utilisé dans
des protocoles en « aigu », du fait de la dépendance de la respiration
spontanée au réflexe de Hering et Breuer.
La TMP a pour
conséquence, au contraire, une interférence fonctionnelle du
poumon natif ; de plus, on ne peut pas pratiquer de
pneumonectomie du poumon natif, ni de ligature de l’artère
pulmonaire, du fait du taux excessif de mortalité et de la
redistribution forcée de tout le débit cardiaque dans le poumon
transplanté.
Des dispositifs gonflables, placés autour de l’artère
pulmonaire du poumon natif et reliés à des réservoirs sous-cutanés,
se sont révélés utiles ; des insufflations séquentielles et des
exclusions fonctionnelles transitoires sont réalisables afin de
comparer la fonction des deux poumons d’un point de vue ventilatoire, gazométrique et hémodynamique.
Le problème du rejet a incité les auteurs à l’élaboration de modèles
d’autotransplantation qui présentent des difficultés techniques
majeures, avec thrombose des anastomoses vasculaires.
Pour
supprimer la dysfonction précoce du greffon, des protocoles
d’ischémie ex vivo, constitués d’un poumon ou d’un lobe isolé et
perfusé, ont été mis au point.
Les inconvénients de cette technique
sont dus à la tendance spontanée du poumon ou du lobe isolé, une
fois perfusé, à développer une hypertension et un oedème
pulmonaire dans un délai inférieur à celui observé au cours des
modèles in vivo.
Wang et al utilisent un protocole ex vivo
d’évaluation fonctionnelle en perfusant le poumon gauche du lapin
pendant 10 minutes avec du sang autologue.
Récemment ce modèle
a été modifié par Weder et al grâce à l’introduction d’un circuit
paracorporel, ce qui a permis d’augmenter le temps de reperfusion
de 10 à 60 minutes.
Les animaux de petite taille permettent de
réaliser des protocoles expérimentaux au coût réduit, en éliminant
l’interférence du phénomène de rejet grâce à la sélection des souches
identiques d’un point de vue génétique.
Toutefois chez les rats et les
lapins, l’évaluation de l’hémodynamique pulmonaire et du débit
cardiaque est difficile.
Actuellement, l’orientation des auteurs est
d’utiliser les modèles ex vivo et les animaux de petite taille afin
d’élaborer des lignes guides expérimentales, avant le passage à des
modèles animaux de grande taille.
Méthodes d’évaluation qualitative
de la préservation pulmonaire
:
Pour apprécier la qualité d’une préservation pulmonaire, il n’existe
pas de méthode standardisée valable pour tous les protocoles
expérimentaux.
Différents critères ont été mis au point :
– l’évaluation du degré d’activité métabolique pendant la
préservation ischémique avec la réalisation de courbes de
consommation de glucose, de production de lactate et de CO2 ;
– l’évaluation du potentiel énergétique résiduel grâce à la méthode
de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire ;
– la mesure de la peroxydation lipidique par le dosage du lipidsoluble
schiff bases et des métabolites réactifs de l’acide
thiobarbiturique (TBA) ;
– l’évaluation de l’intégrité de la membrane alvéolocapillaire en
considérant les variations pathologiques de perméabilité, donc le
contenu hydrique du parenchyme pulmonaire, grâce à :
– la mesure de l’eau extravasculaire à l’aide de multiples
indicateurs de dilution (colorants ou traceurs radioactifs) ;
– l’étude de la variation du coefficient de filtration (kfc) ;
– l’évaluation de l’activation des neutrophiles (méthode de
chimiluminescence) ;
– l’évaluation de la morphologie pulmonaire en microscopie
optique (peu spécifique) et électronique (d’intérêt qualitatif).
En
effet, les altérations morphostructurales du poumon ischémique
(oedème alvéolaire, hémorragies localisées, destruction de la
membrane alvéolocapillaire) sont hétérogènes et dépendantes de la
durée d’ischémie.
Méthodes de préservation du poumon :
Trois méthodes de préservation de l’organe, en vue de
transplantation, sont actuellement proposées :
– le refroidissement topique (topical cooling) ;
– la perfusion-lavage (single flush perfusion, cold flushing) ;
– le refroidissement corporel total du donneur par circulation
extracorporelle (CEC) ou donor core cooling on CPB (cardio-pulmonary
bypass.
A - REFROIDISSEMENT TOPIQUE :
Le refroidissement topique de l’organe doit être effectué, selon
l’expérience de Nakamoto et al, à 8-9 °C afin d’éviter l’obstruction
vasculaire pulmonaire due à l’hypothermie.
Cette technique
toutefois est désuète, si on considère l’étude de Wang et al qui
ont constaté une mauvaise qualité de préservation avec le topical
cooling comparé au single flush perfusion.
B - PERFUSION-LAVAGE :
La technique de perfusion-lavage par flush dans l’artère pulmonaire,
suivie du stockage statique à froid de l’organe, est actuellement la
plus utilisée.
Historiquement, plusieurs solutions ont été employées
en clinique et dans les protocoles expérimentaux, afin de réduire le
dommage d’ischémie-reperfusion.
Les objectifs d’une solution idéale
sont les suivants :
– limiter la stagnation et l’expansion de l’oedème interstitiel
pulmonaire ;
– inhiber l’oedème et l’acidose intracellulaire ;
– prévenir la production des radicaux libres ;
– fournir des métabolites pour la reprise énergétique au moment de
la reperfusion.
Un nombre majeur d’expériences utilise la solution de Collins,
additionnée aux prostaglandines (solution Euro-Collins [EC]).
Il
s’agit d’une solution cristalloïde de type intracellulaire, avec
l’objectif théorique d’éliminer les gradients électrochimiques de
sodium et de potassium entre les compartiments intra- et
extracellulaires, réduisant ainsi les flux ioniques.
Des travaux ont montré que le taux élevé de K+ a pour conséquences :
– une dépolarisation persistante des cellules musculaires lisses de
la paroi vasculaire, à l’origine de l’ouverture des canaux calciques
lents et de la vasoconstriction ;
– l’augmentation intracellulaire de K+, provoquant des lésions
cellulaires directes.
Une concentration intracellulaire élevée d’AMP cyclique (AMPc) et
de l’acide guanosine monophosphorique cyclique (GMPc) est à la
base de la relaxation des muscles lisses de la paroi vasculaire.
Pendant l’ischémie-reperfusion, il y a une réduction de l’AMPc,
produit en réponse à l’isoprotérénol, et du GMPc, produit en
réponse à l’acétylcholine.
L’accroissement des résistances
vasculaires (combattu par l’infusion systématique de prostaglandine)
induit une distribution non homogène du liquide de perfusion, par
la mise en fonction des shunts artérioloveineux.
Ceci provoque l’existence de zones parenchymateuses où les globules blancs, les
plaquettes et le complément, résistant au lavage de l’organe, restent
activés.
La vasoconstriction entraîne la réduction du flux microcirculatoire pulmonaire à la reperfusion (no reflow phenomenon),
accentuée par l’englobement des globules rouges, du fait de la perte
d’élasticité de la membrane, et par la formation d’agrégats
leucoplaquettaires.
Enfin, la vasoconstriction est à l’origine
d’une hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) qui, du fait de la
destruction parcellaire de la barrière endothéliale, provoque une
exsudation interstitielle et un oedème pulmonaire.
Les inconvénients liés à l’emploi d’une solution intracellulaire ont
incité à l’élaboration de liquides de type extracellulaire.
Plusieurs formules extracellulaires ont été proposées.
– Solution de Fujimura, caractérisée par la présence de dextran et de
phosphates, modifiée en LPD (low-potassium-dextran solution) par
Cooper.
Ce dernier ajoute actuellement du glucose à 1 %, avec
l’intention de fournir un terrain métabolique pendant l’ischémie.
Le dextran 40 est un polysaccharide pluriramifié qui améliore la
fonction pulmonaire à la reperfusion.
Ces molécules recouvrent les
globules rouges et, à la suite de la glycolysation des protéines
membranaires, permettent leur désagrégation et leur déformation.
Le dextran joue aussi un rôle antithrombotique, en revêtant les
cellules endothéliales et les plaquettes, ce qui empêche leur
activation.
Il n’a pas la fonction de scavengers, du fait de sa
compartimentation vasculaire due à son haut poids moléculaire.
Hausen et al ont montré une compliance pulmonaire et une
différence d’oxygénation alvéoloartérielle améliorées, à 16 heures
d’ischémie, avec la LPD en comparaison à l’EC hyperkaliémique,
l’EC hypokaliémique et la Wisconsin (UW) originale.
Binns et al
ont confirmé la bonne qualité de préservation obtenue par la LPD
face à l’EC à 18 heures d’ischémie : une composante hématique
ajoutée à la formule classique de LPD semble inutile.
Grâce à
l’utilisation de la LPD classique par rapport à la LPD hématique,
King et al ont constaté, d’une part, une réduction de la pression
artérielle pulmonaire (PAP) et des résistances vasculaires
pulmonaires (RVP) et, d’autre part, une meilleure oxygénation après
36 heures et 48 heures d’ischémie froide.
– Solution UCLA, qui contient du vérapamil (10 mg/L) et de
l’insuline (80 U/L).
Hachida et al, dans un protocole
d’autotransplantation sur chien, ont trouvé, après la greffe, une
augmentation de la PaO2 et une réduction des résistances
artériolaires pulmonaires avec UCLA, si on la compare à la solution
de Collins.
La préservation avec UCLA nécessite un lavage
supplémentaire du poumon avant la reperfusion, sans vérapamil,
afin d’éviter l’effet inotrope négatif dû au Ca++ bloqueur.
– Solution de Papworth qui associe prostacycline, héparine, mannitol,
albumine et sang du donneur (500 mL environ).
Xiong et al
ont trouvé, à 4 heures et 6 heures d’ischémie, une augmentation
réduite du coefficient de filtration et des résistances pulmonaires
avec cette solution, par rapport à l’EC, la LPD et l’UW.
Cet effet est
accentué en ajoutant de la prostacycline et de la L-arginine.
Hooper
et al, au contraire, ont noté une augmentation des résistances
vasculaires pulmonaires à 1 heure, une diminution de
la compliance pulmonaire à 12 et 24 heures et un oedème plus
important avec la Papworth modifiée, en comparaison à l’EC, les
deux associées à iloprost.
– Solution de Wisconsin (Belzer University of Wisconsin - UW)
hypokaliémique.
Elle a été utilisée au départ pour les organes
parenchymateux (foie, pancréas, rein).
Son application en
transplantation pulmonaire a été réalisée à la Mayo Clinic. L’UW, à
l’origine de nature intracellulaire (taux élevé de potassium,
125 mmol/L), caractérisée par du lactobionate, du raffinose et du
glutathion réduit (ce dernier métaboliquement actif contre les
radicaux libres), a été ensuite modifiée en réduisant la concentration
de K+.
Miyoshi et al ont montré que l’UW hypokaliémique
donne, par rapport à l’UW originale, une meilleure qualité de
préservation pulmonaire sur laquelle le lactobionate et le raffinose
ne semblent avoir aucune influence.
Oka et al ont souligné que la
protection au moyen de l’UW hypokaliémique et de la LPD, par
rapport à celle observée avec l’UW originale et l’EC, se caractérise
par un oedème mineur, une PAP moyenne réduite et une
amélioration de l’hématose.
Naka et al, au contraire, ont remarqué
un accroissement important des RVP et de l’oedème, à 24 heures
d’ischémie, dans un modèle de transplantation coeur-poumons chez
le chien en utilisant l’UW.
Kawara et al ont montré, sur le
poumon isolé de chien après 24 heures d’ischémie, une dégradation
de la compliance et une augmentation des résistances, vasculaires
pulmonaires et des voies aériennes, avec l’EC par rapport à l’UW
sans différence significative de la PO2 entre les deux groupes, après
reperfusion.
– Solution Celsior, dans laquelle on retrouve lactobionate-mannitolglutathion
réduit, a été conçue par Menasche et al comme solution
cardioplégique.
Son utilisation, en tant que solution pneumoplégique, a été envisagée en comparaison avec la Papworth ;
Reignier et al ont constaté, à 4 heures d’ischémie, une réduction
de l’augmentation du coefficient de filtration, donc de la
perméabilité microvasculaire pulmonaire.
Wittwer et al ont
ensuite comparé la préservation obtenue avec Celsior (CE), Celsior
plus prostacycline (CEPG, 6 mg/100 mL) et EC hypokaliémique
(LPEC, 40 mmol/L de K+).
L’évaluation a été réalisée à la reperfusion (10, 20, 30, 40, 50 minutes), après 2 heures d’ischémie,
dans un modèle ex vivo chez le rat (extracorporeal lung circuit). Les
résultats ont montré :
– une capacité d’oxygénation (relative oxygen capacity) supérieure
avec la CE par rapport à la LPEC ; l’addition de prostacycline
(CEPG) ne semble avoir aucun effet ;
– des résistances vasculaires pulmonaires réduites dans le groupe
CE ;
– un pic de pression à l’inspiration plus élevé avec LPEC ;
– un rapport poids frais/poids sec (wet/dry ratio) inférieur dans
les groupes CE et CEPG face au groupe LPEC.
Comme on peut le constater d’après la littérature, les résultats des
différentes études sont souvent contradictoires et le choix du liquide
de lavage est fonction de l’expérience de chaque auteur.
En ce qui
nous concerne, nous utilisons actuellement la solution UW
hypokaliémique.
Refroidissement corporel total
du donneur par by-pass cardiopulmonaire :
Le refroidissement corporel total du donneur en CEC a été proposé
par Baumgartner et al et par Yacoub et al.
Le donneur, qui présente une canulation artérielle (aorte ou artère
fémorale droite) et une double canulation veineuse (oreillette droite
ou veines caves supérieure et inférieure), est relié à une machine
coeur-poumon de type portatif avec échangeur de chaleur.
Le
prélèvement de l’organe est effectué dans un état d’hypothermie
profonde du donneur (hypothermie idéale : 10 °C), sans le recours à
aucune solution de lavage.
Le sang du donneur est le vecteur qui
induit le refroidissement contemporain et uniforme des organes car
il est riche en substrats métaboliques, en colloïdes (effet osmotique)
et en scavengers physiologiques.
Cette technique permet :
– de régler le niveau d’hypothermie ;
– d’effectuer des dissections et des prélèvements soigneux.
Les désavantages sont les suivants :
– difficulté de transport ;
– nécessité d’une assistance technique qualifiée ;
– hypoperfusion pulmonaire progressive ;
– activation intrapulmonaire du complément, avec séquestration des
leucocytes et des plaquettes, du fait de l’introduction de la CEC.
La CEC est la limite majeure dans l’application du core cooling et
une des causes de dysfonction de l’organe.
En effet, la CEC est à l’origine, comme l’a montré l’étude de Le Deist et al, d’une
réaction inflammatoire généralisée dont les caractéristiques
principales sont :
– l’adhésion des neutrophiles à l’endothélium vasculaire, sous le
contrôle d’une part de la L-sélectine et des b2-intégrines
leucocytaires (exprimées en réponse au composant C5a du
complément, au PAF et à l’interleukine 8), d’autre part de la
P-sélectine (exprimée en réponse à l’histamine et à la thrombine), de
la E-sélectine et de l’ICAM-1 endothéliales (exprimées en réponse
aux cytokines) ;
– la migration transendothéliale des neutrophiles activés qui vont
libérer des radicaux libres et des enzymes protéolytiques.
Bando et al ont constaté, à 6 heures d’ischémie, une réduction de
l’augmentation des résistances vasculaires pulmonaires tandis que
Fraser et al ont trouvé, à 4 et 6 heures d’ischémie, un score
histologique amélioré grâce à la technique du core cooling.
Au
contraire, l’étude comparative de Locke et al a montré une
amélioration significative des paramètres gazométriques avec la
méthode de perfusion-lavage, par rapport au core cooling.
Le Gal et
al, dans un protocole sur ovins, ont essayé de prolonger la durée
de la préservation jusqu’à 12 heures d’ischémie totale.
Ils ont utilisé
la méthode du core cooling, induit l’arrêt cardioplégique avec une
solution à base de St Thomas additionné de superoxyde dismutasecatalase-déféroxamine.
Après le prélèvement, le stockage statique à
froid (4 °C) du bloc coeur-poumons a été effectué pendant 8,5 heures
dans du St Thomas modifié par l’association d’un tampon
phosphate, de pénicilline (240 mg/L) et de molécules ayant une
action de scavengers.
Néanmoins, la survie des animaux transplantés
a été décevante.
Rôle de l’hyperinsufflation pulmonaire
et de la température de conservation
:
Dans le but d’optimiser le prélèvement de l’organe, on a pu
constater l’influence prépondérante de l’hyperinsufflation
pulmonaire et de la température, pendant le stockage ischémique.
L’hyperinsufflation pulmonaire est obtenue en ventilant les
poumons, pendant le lavage, avec des volumes courants élevés
(supérieurs à 20 mL par acte respiratoire) et une pression expiratoire
positive (5 cm H20).
Cette procédure facilite une distribution homogène de la solution
de préservation et la production de surfactant alvéolaire, mais
augmente la perméabilité de la membrane alvéolocapillaire.
Si l’oxygène à 100 % n’est pas impératif, on n’a pas encore établi de
valeur optimale de FiO2 capable d’éviter ou de limiter la formation
des radicaux libres.
Van Raemdonck et al ont montré, dans un
modèle post mortem chez le lapin, que les taux d’ATP et nucléotides
adényliques totaux (ATP, ADP, AMP) au niveau du parenchyme
pulmonaire, ne présentent pas de variation importante à condition
de ventiler les animaux soit en air à 24 °C ou 4 °C, soit en oxygène à
100 %.
En revanche, on retrouve une différence significative des taux
d’hypoxanthine entre le groupe ventilé en air et le groupe ventilé à
100 % d’oxygène (1,17 ± 0,37 versus 2,87 ± 0,56 µmol/g à
2 heures ; 3,03 ± 0,49 versus 5,88 ± 0,35 µmol/g à 24 heures
respectivement).
La température idéale pendant le stockage ischémique du poumon
reste un paramètre très difficile à ajuster.
L’hypothermie est
nécessaire afin de réduire le métabolisme cellulaire en préservant
les réserves énergétiques mais elle ne permet pas le maintien d’un
seuil minimal d’activité métabolique, donc la sauvegarde des
mécanismes d’homéostasie (homéostasie des membranes cellulaires,
calcique et de transport des ions).
Au niveau pulmonaire, grâce à
l’hyperinsufflation, il est possible de garantir des conditions
d’aérobie pendant la préservation avec production d’ATP.
L’ATP,
disponible au moment de la reperfusion, est synthétisée par la
« respiration mitochondriale » et permet le fonctionnement des
pompes Na+/K+ -Ca++ ATPases qui inhibent l’oedème cellulaire.
Date et al considèrent que la température idéale de conservation
est de 10 °C, par rapport à :
– 4 °C, où ils ont constaté une augmentation des résistances
vasculaires pulmonaires et une réduction de la tension artérielle
d’oxygène après transplantation ;
– 22 °C, température à laquelle ils ont mesuré une diminution de
28 % du taux d’ATP après 18 heures de préservation.
Wang et al ont trouvé une meilleure fonction postischémique avec
un flush de LPD à 23 °C versus 10 °C.
Protection contre les radicaux libres :
Les scavengers sont des molécules capables d’interagir chimiquement
avec un radical libre, en le neutralisant.
Physiologiquement, l’organisme possède des systèmes endogènes
qui inhibent les radicaux libres.
Ce sont :
– les enzymes antioxydantes superoxyde dismutase (SOD), catalase
(CAT) et glutathion peroxydase ;
– la vitamine E ;
– l’ascorbate ;
– la cystéine et la cystéamine.
La SOD catalyse la conversion de l’anion superoxyde en peroxyde
d’hydrogène, tandis que la CAT exerce son action de scavenger
contre le H2O2.
L’administration exogène de superoxyde dismutase
s’est révélée être contre-indiquée, tant pour sa demi-vie plasmatique
brève (25 minutes) que pour son antigénicité potentielle.
En outre,
comme la catalase, cette molécule a un poids moléculaire élevé qui
limite son action au compartiment extracellulaire.
Dans le but de
résoudre ce problème, des formes de « recombinaison liposomiale »
ont été élaborées en l’associant à de la phosphatidylcholine, du
cholestérol ou du « dicétylphosphate ».
Celles-ci réduisent le
dommage d’ischémie-reperfusion en facilitant son passage
endocellulaire grâce à un mécanisme d’absorption par endocytose,
comme l’ont montré Bando et al.
Une des molécules endogènes est représentée par le glutathion dans
sa forme réduite GSH, qui est le substrat physiologique idéal dans
la protection du processus d’oxydation (il prévient notamment
l’oxydation des protéines sulfhydriques).
En effet, le glutathion
réduit active l’enzyme glutathion peroxydase qui catalyse
l’inactivation du peroxyde d’hydrogène et des autres peroxydes
lipidiques.
La transformation du glutathion oxydé en sa forme
réduite GSH est catalysée par deux enzymes : la glutathionréductase
et la glucose-6-phosphate déshydrogénase.
D’autres molécules sont aussi utilisées pour leur activité supposée
de scavengers.
– Le mannitol qui présente, selon les études de Magovern et al et
de Ferreira et al, une double action :
– oncotique, du fait de son caractère hyperosmolaire avec
réduction de l’oedème cellulaire par la création d’un milieu
extracellulaire hyperosmotique,
– inhibante du radical hydroxyle (MH2 + OH– ® MH– + H2O),
avec la production d’un radical du mannitol, aldéhyde dérivé,
moins cytotoxique.
– L’allopurinol inhibe la xantine-oxydase par un mécanisme de
compétition.
– La diméthylthiourée (DMTU), dérivée de la thiourée par double
méthylation, a un rôle de scavenger contre le radical hydroxyle.
Paull
et al ont montré, sur le lobe inférieur gauche de chien reperfusé
après 90 minutes de préservation, que la DMTU réduit la
peroxydation lipidique et l’oedème à la reperfusion.
Lambert et al,
dans un protocole de transplantation chez le chien, ont trouvé une
amélioration de la PaO2 et une réduction des résistances vasculaires
pulmonaires avec la DMTU.
Son poids moléculaire est plus faible
par rapport à la superoxyde dismutase et à la catalase, avec une
demi-vie plus longue (28-36 heures) et une pénétration cellulaire
plus facile.
– Les corticostéroïdes, utilisés pour leur action de stabilisation des
membranes des granulocytes, en évitant la libération des enzymes
protéolytiques et la formation de radicaux libres.
Ils inhibent
l’agrégation des leucocytes polynucléaires et le métabolisme de
l’acide arachidonique, du fait du blocage de la phospholipase-A2.
– La déféroxamine, chélateur du fer, a un double rôle :
– de scavenger contre l’anion superoxyde, en augmentant la
concentration du peroxyde d’hydrogène ;
– d’inhibiteur de la production du radical hydroxyle via la
réaction de Haber-Weiss, catalysée par Fe++.
– La déféroxamine possède un poids moléculaire faible ce qui
facilite, si on la compare à la superoxyde dismutase, à la catalase et
au glutathion peroxydase, son accès aux sites intracellulaires de
formation des radicaux libres.
Bonser et al ont montré, dans un
modèle d’autotransplantation chez le chien, que l’association
d’allopurinol (administré per os dans les 12e et quatrième heures
prépneumonectomie) et de la déféroxamine (injectée 90 minutes
préreperfusion et 30 minutes postreperfusion) augmente la PaO2 en
réduisant les résistances vasculaires pulmonaires, soit le gradient
alvéoloartériolaire d’oxygène.
– Les inhibiteurs calciques, qui empêchent l’augmentation intracytoplasmique du Ca++ pendant l’ischémie et la séquestration
réduite de cet ion pendant la reperfusion.
Le vérapamil prévient
l’activation de la xanthine déshydrogénase et de la phospholipase
A2 induites par la concentration intracellulaire élevée de Ca++, en
inhibant la formation des métabolites de l’acide arachidonique,
l’activation plaquettaire, la vasoconstriction et l’accentuation de la
perméabilité capillaire.
Hachida et al, dans un modèle
d’ischémie normothermique sur chien, ont trouvé, après ligature
bronchique, une PO2 et des RVP améliorées grâce à la solution
Collins-Sachs additionnée au vérapamil par rapport à la Collins-Sachs associée à l’hydralazine.
Ces auteurs ont supposé que le vérapamil prolonge la durée de préservation en améliorant aussi la
perfusion tissulaire.
En effet, ce bloqueur calcique contraste les effets
de l’anoxie (augmentation de la viscosité hématique, soit des
résistances périphériques) en s’opposant au substrat du vasospasme
et en réduisant le taux de Ca++ au niveau des globules rouges.
L’aspect délétère du vérapamil est son effet inotrope négatif, ce qui
contraint à effectuer un deuxième lavage avant la reperfusion, privé
de cette molécule.
D’autres inhibiteurs calciques, avec un effet inotrope négatif négligeable ou absent, sont en cours d’évaluation.
Karck et al, dans un protocole chez la souris, ont pu constater
une réduction de l’oedème pulmonaire grâce à l’injection de diltiazen
(62,5 ng/kg par voie intraveineuse) ou nifédipine (3 ng/kg par voie
intraveineuse) pendant les 20 premières minutes de reperfusion.
Autres stratégies
:
A - DÉPLÉTION LEUCOCYTAIRE
:
Pour éliminer les effets secondaires dus à l’activation des leucocytes
et pour diminuer la production des radicaux libres, des protocoles
expérimentaux au cours desquels les poumons transplantés sont reperfusés avec du sang déleucocyté ont été établis.
La déplétion est
obtenue grâce à des filtres spécifiques installés sur les circuits de la CEC ou capables de garantir une filtration par gravité.
Dans
ces deux cas, la fonction pulmonaire était excellente après 24 heures
d’ischémie.
Dans le modèle de Breda et al, on a pu constater en
plus que la réintroduction de leucocytes après la première heure de reperfusion induisait un dommage minimal.
Cela laisse envisager
que l’action délétère des leucocytes s’effectuait dans les 60 minutes
qui suivent la reperfusion.
La question qui se pose est la suivante :
faut-il appliquer une déplétion leucocytaire au moment du
prélèvement ou pendant la greffe (CEC nécessaire pour l’application
du dispositif de filtration), compte tenu du risque infectieux majeur
dans la période postopératoire ?
L’idéal serait d’inhiber avec des
moyens pharmacologiques les leucocytes, plutôt que d’induire leur
déplétion. Kishima et al ont constaté que la déplétion
leucocytaire, ou le traitement avec un inhibiteur neutrophile
(neutrophil elastase inhibitor) pendant la reperfusion, réduit
l’altération de la membrane alvéolocapillaire.
Binns et al ont
trouvé une fonction pulmonaire améliorée, après 18 heures
d’ischémie froide, avec administration d’ulinastatin (neutrophil
endopeptidase inhibitor).
B - INHIBITEURS DU « PLATELET ACTIVATING FACTOR »
:
La destruction de l’endothélium par l’adhésion plaquettaire
commence avec l’interaction entre les plaquettes et les récepteurs glycoprotéiques de membrane GPIb, le collagène subendothélial, le
facteur de von Willebrand et la fibronectine plasmatique.
Ce
mécanisme provoque :
– la formation d’ADP et de thromboxane A2 (TXA2) qui, en
recrutant des plaquettes, changent la morphologie de l’agrégat
subendothélial ;
– la production de thrombine qui facilite l’adhésion plaquettaire à
l’endothélium, au moyen d’une part de l’ADP et du TXA2 et d’autre
part d’un système indépendant.
Le recrutement des plaquettes nécessite l’expression, sur la
membrane plaquettaire, du récepteur du fibrinogène GPIIb/GPIIIa.
Cette agrégation, par l’intermédiaire du fibrinogène, est calciumdépendant.
Le PAF est un médiateur phospholipidique de
l’inflammation produit par les macrophages alvéolaires, les
leucocytes et les cellules endothéliales.
Physiologiquement le PAF
est à l’origine d’un oedème pulmonaire, d’une augmentation des
résistances vasculaires pulmonaires, d’un bronchospasme et d’une
hypersécrétion trachéale : tableau clinique comparable à la
dysfonction de l’organe après transplantation.
Le PAF est
impliqué aussi dans le processus d’agrégation des plaquettes et des
neutrophiles au niveau des capillaires pulmonaires.
De surcroît, le
PAF provoque la synthèse de l’acide arachidonique et accentue
l’oxygen burst phenomenon.
Corcoran et al, dans un modèle
d’allotransplantation chez le chien, ont constaté une réduction des
RVP et de l’oedème interstitiel si la protection est effectuée par UW
avec l’administration de BN52021, antagoniste du PAF, 30 minutes
avant le prélèvement chez le donneur et 30 minutes avant la
reperfusion chez le receveur (10 mg/kg par voie intraveineuse).
Les
études de Qayumi et al chez le porc, relatives à deux protocoles de
greffe (coeur-poumons et monopulmonaire) utilisant le CV-6209
(avec ou sans l’allopurinol) et le TCV-309 (avec ou sans la
PGE1), ont montré une production réduite de PAF et de TXA 2,
une amélioration de la compliance pulmonaire, une minimisation
de l’infiltration de polynucléaires neutrophiles (PMN) et de
l’hémorragie intra-alvéolaire.
C - PROSTAGLANDINES (PGE1) ET PROSTACYCLINES (PGI2)
:
Les prostaglandines dérivent du métabolisme de l’acide arachidonique.
Les éléments qui permettent de proposer leur emploi
chez le donneur sont les suivants :
– l’aspect bronchodilatateur ;
– l’effet vasodilatateur, qui assure une distribution périphérique
optimale de la solution de perfusion, une réduction des résistances
vasculaires pulmonaires et une limitation de la vasoconstriction postischémique et du no reflow phenomenon ;
– la modulation de l’activité des leucocytes et des plaquettes, soit
en minimisant la séquestration des polymorphonucléocytes et leur
diapédèse, soit en éliminant l’agrégation plaquettaire (phénomènes
responsables de l’hypoperfusion et de l’obstruction de la
microcirculation) ;
– la stabilisation des membranes lysosomiales, qui empêche la
libération des enzymes lytiques et la production des radicaux libres ;
– la diminution de la perméabilité endothéliale au niveau
pulmonaire par adaptation du tonus vasculaire ;
– l’action cytoprotective.
Hooper et al, en utilisant comme modèle le chien, ont constaté,
grâce à l’injection de PGI2 (30 ng/kg/min pendant 15 minutes) et à
son association à l’EC (pour 20 µg/L de concentration), une
augmentation de la PO2 et une réduction des RVP, de l’oedème et de
la séquestration des neutrophiles.
McGregor et al ont utilisé en
clinique avec succès l’iloprost, prostacycline synthétique,
administrée chez le donneur à raison de 20 ng/kg/min.
En
revanche, Hooper et al, dans un protocole chez le chien pour
6 heures d’ischémie, n’ont pas pu obtenir, en injectant l’iloprost
(20 ng/kg/min par voie intraveineuse et 20 µg/L additionné à l’EC),
une amélioration de la qualité de préservation pulmonaire, de la
distribution du liquide de lavage, de la fonction postgreffe et du
taux d’oedème.
Les auteurs expliquent ce résultat d’abord par la
durée du stockage insuffisante pour produire le minimum
d’amélioration, ensuite par le traitement corticostéroïdien qui
pourrait masquer les effets positifs de l’iloprost. Bonser et al, dans
une double transplantation sur chien après 12 heures de
préservation statique à 4 °C, ont montré que le prétraitement du
donneur avec PGE1 (20-500 ng/kg/min par voie intraveineuse)
réduit la fonctionnalité pulmonaire précoce.
D - L-ARGININE ET MONOXYDE D’AZOTE INHALÉ :
La L-arginine est utilisée comme précurseur du monoxyde d’azote
(NO). Normandin et al, dans un modèle ex vivo chez le lapin,
ont étudié la relaxation endothélium-dépendante des vaisseaux
pulmonaires induite par l’acétylcholine.
Cette évaluation a été faite
sur trois groupes d’animaux en ischémie froide qui ont présenté soit
une reperfusion simple, soit l’administration de la L-arginine
(20 mg/kg) ou de la pentoxifylline (50 mg) pendant la reperfusion.
Les résultats ont montré que l’effet relaxant se réduisait
significativement après 4 heures de reperfusion dans le groupe
contrôle (49 % ± 5 % à 3 heures ; 14 % ± 2 % à 4 heures).
Au contraire,
l’emploi de la L-arginine (40 % ± 3 % à 3 heures ; 39 % ± 2 % à
4 heures) et de la pentoxifylline (50 % ± 2 % à 4 heures) minimisait
l’altération fonctionnelle de l’endothélium.
L’apport de la L-arginine
exogène préviendrait la baisse de synthèse du NO pendant
l’ischémie-reperfusion (phénomène aggravé par la déplétion de la
L-arginine endogène ou par le blocage du recyclage de la L-citrulline
en L-arginine).
La pentoxifylline s’oppose à l’adhésion des
neutrophiles à l’endothélium et à leur séquestration au niveau du
parenchyme pulmonaire.
En ce qui concerne le NO inhalé, son
application clinique a été envisagée, par Girard et al, dans la bronchopneumopathie obstructive chronique, dans l’insuffisance
respiratoire, dans l’HTAP primitive ou secondaire (cardiopathie
congénitale, chirurgie cardiaque).
Son utilisation est justifiée par son
action vasodilatatrice spécifique au niveau pulmonaire avec
amélioration de l’hématose, sans aucun effet sur la circulation
systémique.
Cet aspect sélectif a été constaté, par les mêmes auteurs,
dans un modèle expérimental d’HTAP mécaniquement induite avec
une insuffisance ventriculaire droite (IVD), chez le chien.
L’inhalation de NO a engendré la réduction de l’HTAP et du rapport
RVP/RVS, sans influencer ni la tension artérielle systémique, ni la
perfusion coronarienne.
L’emploi thérapeutique de NO est limité
par :
– la conversion du NO en NO2 et NO3 ;
– la cytotoxicité du NO, liée d’une part au dommage de l’ADN,
d’autre part à l’inactivation des enzymes impliquées dans la
respiration cellulaire et dans la réplication de l’ADN ;
– la combinaison du NO avec l’anion superoxyde génère le radical
pénoxynitrite (NO + O2– -> ONOO–), oxydant puissant.
Conclusion
:
Des progrès considérables ont été réalisés dans l’optimisation des
techniques de préservation pulmonaire, bien que les méthodes
employées ne fassent pas l’unanimité.
Il semble que l’utilisation d’un
liquide de lavage de type intracellulaire soit obsolète, car il détermine la
dépolarisation permanente des muscles lisses vasculaires.
Néanmoins,
les altérations hémodynamiques cardiopulmonaires survenant pendant
le coma dépassé, notamment l’augmentation des RVP, reste un
paramètre difficile à maîtriser.
Les différentes stratégies visent d’une
part à minimiser la séquestration leucocytaire et d’autre part à réduire
l’activation des neutrophiles, plaquettes et cellules endothéliales, en
sauvegardant le patrimoine énergétique cellulaire.
La perspective
possible serait d’établir des procédures concertées d’immunomodulation
(médicaments cytotoxiques, anticorps monoclonaux, radiothérapie
ionisante), en perfectionnant le « cross-match », entre donneur et
receveur, des anticorps anticytomégalovirus et des antigènes
lymphocytaires.
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