Soutenance mémoire
Généralités de physiologie vasculaire
La circulation générale permet l’apport de nutriments et d’oxygène (O2) aux organes en échange d’éléments à éliminer. Elle est constituée de l’arbre vasculaire dans lequel circule le sang, propulsé par la pompe cardiaque. La circulation systémique comprend trois compartiments qui sont la macrocirculation artérielle, la microcirculation ainsi que le réseau veineux (1). La macrocirculation artérielle est composée d’artères d’un diamètre supérieur à 0,2 mm. Elles transforment le flux pulsatile macrocirculatoire en un flux continu permettant la réalisation d’échanges au niveau microcirculatoire et la préservation des capillaires de lésions barotraumatiques. La microcirculation comprend l’ensemble des vaisseaux de diamètre inférieur à 200 µm et est composée d’artérioles, de capillaires et de veinules.
L’endothélium et le glycocalyx
L’endothélium est une monocouche de cellules endothéliales, reliées entre elles par des jonctions serrées, associée à une lame basale. L’ensemble constitue l’intima des vaisseaux sanguins et lymphatiques, en contact direct avec le sang et ses éléments figurés sur leur versant intraluminal (2). Il possède de nombreuses propriétés homéostasiques, notamment le contrôle du tonus vasculaire via la sécrétion de monoxyde d’azote (NO), la régulation de l’activation et de l’agrégation plaquettaire, une action anticoagulante et fibrinolytique en situation physiologique. L’endothélium est également un acteur majeur de la régulation de la perméabilité vasculaire en formant une barrière semi-perméable modulant le passage des macromolécules et des fluides du sang vers les tissus.
Sur le versant endovasculaire de l’endothélium est ancré le glycocalyx (Fig. 1), une couche d’une épaisseur de 0,5 à 1 µm constituée principalement de protéoglycanes (syndecans et glypicans) liées à des glycosaminoglycanes (héparane, chondroïtine, dermatane, kératane et hyaluronane sulfates) (3). En son sein sont enchâssées de nombreuses glycoprotéines, notamment de la famille des molécules d’adhésion cellulaire : sélectines (E-selectines, Pselectines), intégrines et immunoglobulines (ICAM, VCAM et PECAM), impliquées dans la signalisation cellulaire et les interactions plaquettes-cellules endothéliales et leucocytescellules endothéliales. Sont présentes également des molécules impliquées dans la régulation de l’hémostase (anti-thrombine III), ainsi que des molécules chargées négativement, responsables de la pérennité de la perméabilité vasculaire (orosomucoïde, albumine) par le maintien d’une pression oncotique.
La variété des propriétés de ses composants en fait un déterminant clé de la régulation du flux hydrique transcapillaire, de la diapédèse leucocytaire, de l’hémostase locale et de la régulation du tonus vasomoteur par modulation de la production endothéliale de NO .
Dispositifs d’étude du glycocalyx
Étant donné sa fragilité et ses dimensions, il est difficile de procéder à une évaluation directe du glycocalyx in vivo. Les premières descriptions furent réalisées dès le milieu des années 1960 par microscopie électronique à partir de biopsies vasculaires après préparation spécifique, puis par visualisation directe par microscopie intravitale chez l’animal après perfusions intravasculaires de composés fluorescents (6), non réalisables chez l’humain. Il est également possible d’estimer de façon indirecte la dégradation du glycocalyx par le dosage de certains de ses composants, notamment syndecan-1 ou héparane sulfate, mais ces procédés, onéreux, ne sont réservés qu’au domaine de la recherche. Ont enfin été développées des techniques de visualisation indirectes in vivo depuis la fin des années 1990 (7), comme la microscopie orthogonale par polarisation spectrale (OPS), dont dérive la technique qui nous intéresse, la sidestream dark field imaging (SDF), utilisée par notre dispositif d’étude, le Glycocheck ®. Une caméra à grossissement X 5 est associée à un anneau concentrique de diodes électroluminescentes. Elles émettent une lumière verte d’une longueur d’onde de 530 nm tout en permettant une acquisition haute définition des images via le couplage à un ordinateur avec logiciel d’enregistrement vidéo. Cette longueur d’onde étant absorbée par l’hémoglobine, les globules rouges (GR) apparaissent sombres (Fig. 2) et permettent la visualisation des vaisseaux les contenant, de façon dynamique (8). L’application se fait préférentiellement au niveau sublingual étant donné sa facilité d’accès, mais d’autres sites sont envisageables. Il existe également d’autres méthodes que nous ne détaillerons pas ici, dont l’imagerie de contraste speckle laser.
Cette technologie permet l’obtention de plusieurs paramètres, en particulier la densité capillaire, le flux sanguin capillaire et la peripheral boundary region (PBR), permettant une estimation de l’épaisseur du glycocalyx endothélial. En conditions physiologiques, il protège l’endothélium du contact direct avec les cellules circulantes et induit un flux de GR linéaire dans la région centrale des vaisseaux. Le PBR correspond à la partie du glycocalyx perméable aux cellules sanguines (Fig. 3). En cas de perte d’intégrité du glycocalyx, les GR peuvent alors pénétrer plus profondément vers l’endothélium, ce qui se traduit par une augmentation du PBR (9). Il a été montré qu’une majoration du PBR, correspondant à une faible épaisseur de glycocalyx, était associée à une altération de la perfusion microcirculatoire (10), comme décrit dans de nombreuses pathologies chroniques et aiguës.
Altérations du glycocalyx
Altérations septiques
Le sepsis, une entité définie par une dysfonction d’organe menaçant le pronostic vital en lien avec une réponse dérégulée à une infection, est une pathologie sévère. Il est responsable d’une forte morbi-mortalité et de couts de santé importants à travers le monde avec 11 millions de décès annuels rapportés par l’Organisation Mondiale de la Santé (12). Dans ces états infectieux, de nombreuses cytokines pro-inflammatoires sont produites (TNF α, IL-6…), conduisant à une dégradation du glycocalyx avec augmentation des taux circulants de syndecan1 ou d’héparan-sulfate (13) et, in fine, à une augmentation de la morbi-mortalité des patients septiques présentant ces augmentations (14). L’utilisation de techniques SDF a également conduit aux mêmes observations, avec une altération de l’épaisseur du glycocalyx endothélial chez les patients septiques de réanimation (15). Des recommandations d’utilisation de ces dispositifs d’étude du glycocalyx ont enfin été rédigées en 2007, puis révisées en 2018, afin de guider le clinicien dans sa pratique quotidienne et de recherche .
Altérations associées à la chirurgie cardiaque
Les procédures chirurgicales cardiaques sont des techniques requérant soit l’ouverture des cavités (remplacement valvulaire), soit une immobilité de la pompe cardiaque (pontages). Elles nécessitent la mise en place per-opératoire d’un shunt artificiel, la circulation extra-corporelle (CEC), qui remplace la fonction cardiaque et assure l’oxygénation par l’acheminement du sang à travers une membrane d’oxygénation par une pompe à galets. Malgré le caractère transitoire de ce type de support, il est à l’origine d’une réponse inflammatoire systémique majeure et prolongée (17,18). Il a de plus, été démontré une altération profonde du glycocalyx lors de l’utilisation de la CEC par dosages de ses produits de dégradation (19). Le mécanisme de cette dégradation semble surtout lié au contact du sang avec une surface exogène (circuit de la CEC), aux phénomènes d’ischémie-reperfusion d’organes et à la délivrance d’un flux laminaire et non pulsatile par la CEC (20,21). Ces modifications, retrouvées également après utilisation de dispositifs SDF et illustrées par une majoration du PBR dans une étude observationnelle, ont été décrites comme persistantes jusqu’à trois jours post-opératoire (22). Les conséquences cliniques peuvent être minimes ou conduire à l’apparition d’un syndrome vasoplégique ou de dysfonctions d’organes pouvant être prolongées en postopératoire (23). De nombreuses études ont testé des thérapeutiques (corticothérapie, vitaminothérapie…) afin de préserver l’intégrité du glycocalyx en chirurgie cardiaque avec obtention d’un épaississement du glycocalyx per et post opératoire (24), sans implication clinique retrouvée pour le moment .
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Table des matières
I. Introduction
I.1. Généralités de physiologie vasculaire
I.2. L’endothélium et le glycocalyx
I.3. Dispositifs d’étude du glycocalyx
I.4. Altérations du glycocalyx
I.4.1. Altérations septiques
I.4.2. Altérations associées à la chirurgie cardiaque
I.4.3. Altérations chroniques du glycocalyx
I.5. Objectifs de l’étude
II. Matériel et méthodes
II.1. Matériel
II.2. Objectifs
II.3. Design de l’étude, méthodologie des interventions et observations
II.4. Analyse statistique
III. Résultats
III.1. Statistiques démographiques de notre population
III.2. Critère de jugement principal
III.3. Critère de jugement secondaire
III.4. Complications postopératoires précoces et analyses en sous-groupes
III.5. Complications tardives et analyses en sous-groupes
IV. Discussion
V. Bibliographie
VI. Annexe
