Pendant la CEC, le couple « patient machine cœur-poumon artificiel» forme un ensemble indissociable. Les échanges gazeux sont fonction à la fois des capacités de transfert de l’oxygénateur, de la composition du mélange gazeux délivré à l’oxygénateur, mais aussi de la demande métabolique systémique; elle conditionne les besoins tissulaires systémiques en oxygène (O2) et la production de dioxyde de carbone (CO2).

Par définition, l’oxygénation représente l’enrichissement en O2 du sang veineux mêlé qui revient par la ligne veineuse à l’oxygénateur. La ventilation correspond à l’élimination du CO2 de ce même sang veineux mêlé. Les oxygénateurs actuels ont des caractéristiques physiques qui assurent un transfert de gaz optimal. L’oxygénation est fonction de la fraction inspirée d’O2 dans le mélange gazeux amené à l’oxygénateur (FiO2), du rapport ventilation-perfusion, mais aussi de la valeur de la pression partielle en oxygène dans le sang veineux mêlé [PvO2]. Cette PvO2 est le reflet de l’adéquation entre besoins systémiques en O2 et oxygène délivré aux tissus ; c’est aussi un déterminant essentiel des échanges tissulaires en O2. La ventilation est essentiellement fonction du débit de gaz frais qui balaye l’oxygénateur et de la valeur de la pression partielle en dioxyde de carbone dans le sang veineux mêlé [PvCO2] ; celle-ci est fonction du niveau métabolique de l’opéré.

Ces règles, par la reconnaissance et la correction rapide des défauts d’oxygénation et/ou de ventilation liés à des problèmes techniques, ont permis une diminution très significative des décès évitables directement imputables à l’anesthésie. Malheureusement, les moyens de surveillance réglementaires mis en place pour toute anesthésie sont non utilisables pendant la CEC en raison de la perte de pulsatilité du débit sanguin systémique et de l’exclusion pulmonaire.

Dans les deux dernières enquêtes publiées sur la morbidité lourde et la mortalité directement imputables à la CEC, l’incidence rapportée des événements indésirables graves en rapport avec un problème technique per-CEC est élevée. Elle est de 1/1300 CEC en Australie (1) ; l’étude porte sur 27 048 patients opérés entre janvier 1994 et juillet 1995. Cette incidence est comparable, de l’ordre de 1/1453 procédures aux USA sur un collectif de 653 621 patients opérés entre juillet 1996 et juin 1998 (2). Les problèmes les plus fréquents sont en rapport avec des embolies gazeuses, des accidents en rapport avec l’hémostase, des erreurs dans la manipulation de la décharge gauche.

Les problèmes techniques en rapport avec l’oxygénateur et imposant son remplacement en urgence sont rares. Dans les études ci- dessus, leur incidence est comprise entre 1/4 000 à 5 000 procédures. On retrouve une incidence comparable au Royaume-Uni, sur 166 250 patients (3). Trois grandes causes sont rapportées : l’obturation progressive des fibres avec une augmentation majeure du gradient de pression trans-oxygénateur, une rupture du compartiment sanguin avec extravasation de sang et l’erreur de montage en usine. La mortalité est exceptionnelle de l’ordre de 0,003/1 000. Certaines de ces études rapportent également les incidents « mineurs ». Les déconnections accidentelles entre la source de gaz médicaux et l’entrée gaz de l’oxygénateur ont une incidence variable (de 0,61 à 4/1 000 CEC). Elles sont toujours corrigées sans problème avant que n’apparaissent des signes de gravité. Compte-tenu de ces données, il est logique de s’assurer de la composition du mélange gazeux qui balaye l’oxygénateur et du bon fonctionnement de l’oxygénateur.

En France, ce type de monitorage n’est pas répandu. La plupart des équipes utilisent des mélangeurs de sécurité ne permettant pas de délivrer un mélange avec une FiO2 < 21%. Le monitorage on line de la FiO2 permettrait de détecter sans délai toute déconnection accidentelle de la ligne des gaz, toute dysfonction du mélangeur, toute pollution ou inversion des gaz au niveau du système centralisé de distribution. Dans l’idéal le capteur doit être placé le plus près possible de l’entrée des gaz au niveau de l’oxygénateur. Certains ont même proposé d’y adjoindre un pneumotachographe pour contrôler également les débits effectivement délivrés (4).

Pendant très longtemps, la gazométrie lue ex vivo au laboratoire, a constitué la pierre angulaire de la surveillance du bon fonctionnement de l’oxygénateur et de la ventilation. Elle est réalisée de manière itérative au cours de la CEC, à intervalles prédéterminés ou lorsque les circonstances cliniques l’exigent. Elle ne réalise pas une surveillance on line. Pour pallier cet inconvénient majeur, divers dispositifs de surveillance continue in vivo des gaz du sang (GDS) sont mis à notre disposition.

Les écueils pratiques liés à la gazométrie doivent être bien connus. Ils sont au nombre de deux : d’une part délai d’acheminement et d’obtention des résultats, d’autre part réalisation de l’examen sur un prélèvement sanguin ramené à 37°C. Le délai d’acheminement et d’obtention des résultats conditionne la rapidité avec laquelle la correction éventuelle des paramètres ventilatoires (FiO2, débit de balayage) sera adaptée par le perfusionniste.

Quelle que soit la température de perfusion appliquée durant la CEC, les GDS sont lus ex vivo sur un échantillon de sang ramené à 37°C. Trois électrodes mesurent les pressions partielles en O2, en CO2 et le pH. Actuellement la majorité des centres sont équipés d’un co-oxymétre qui mesure la concentration en hémoglobine et sa saturation en O2. Les autres paramètres de l’équilibre acide-base : bicarbonates, contenu sanguin en CO2 et excès de base sont calculés. Lorsque la CEC est conduite en hypothermie, la baisse de la température s’accompagne de modifications physico-chimiques du sang, liées à l’augmentation des coefficients de solubilité des gaz dans le plasma, au déplacement vers la gauche de la courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine (CDO), et aux changements des constantes d’affinité des systèmes tampons du sang. Les contenus du sang en O2 et CO2 restent constants au cours du refroidissement. La diminution de la température s’accompagne d’une diminution des pressions partielles réelles (dites actuelles) tant de l’O2 que du CO2 avec augmentation du pH et alcalose métabolique. Dans ces conditions, la valeur de la PaO2 mesurée à 37°C surestime la PaO2 réelle dans le sang de l’opéré hypothermique. Cette surestimation est d’autant plus importante que l’hypothermie est profonde et que la PaO2 réelle est basse. Ainsi à 20°C elle peut atteindre 200% de surestimation pour une PaO2 actuelle de 40-50 mmHg. C’est la valeur réelle de PaO2 qui détermine selon un gradient de pression la diffusion tissulaire de l’O2. Raisonner sur la PaO2 lue à 37°C, sans corriger en fonction de la température, peut conduire à surestimer le gradient de diffusion de l’oxygène avec le risque d’installation d’une hypoxie tissulaire. En ce qui concerne l’alcalose métabolique actuelle, il s’agit d’une adaptation physiologique de l’équilibre acide-base à l’hypothermie. Elle s’explique selon la théorie de l’α-stat par l’intervention des groupes imidazoles des protéines (5).

Actuellement un consensus s’est établi (6). Il semble logique lors d’une CEC en hypothermie :

• d’appliquer la stratégie dite α-stat en ce qui concerne l’équilibre acide-base. On interprète les valeurs de pH et de PaCO2 mesurées à 37°C sans y apporter de correction en fonction de la température de l’opéré.

• de considérer la valeur réelle de PaO2 (donc rendue après correction en fonction de la température) quand on souhaite évaluer les possibilités de diffusion tissulaire de l’O2.

Deux sociétés proposent des appareils dont la technologie repose sur des capteurs électrochimiques (DATAMASTER™ - Cobe- Dideco-Sorin & CDI500™ -Terumo) . Ces dispositifs permettent les mesures en continu avec une bonne précision de la PaO2, de la PaCO2 et du pH à la température du patient (7, 8, 9). Il est possible d’afficher les valeurs de ces paramètres à 37°C. Ils peuvent être branchés sur la ligne artérielle et/ou veineuse. L’intérêt essentiel est la lecture directe on line, à la température du patient pour la PaO2. Les principaux obstacles sont le coût et le temps nécessaire à la mise en œuvre de ces techniques.

Plus récemment une technologie invasive a été proposée (PARATREND 7™ - Agilent Technology)(10). Elle consiste en l’introduction d’optodes en intra-artériel chez l’opéré. L’optode est un capteur utilisant une fibre optique et fonctionnant sur le principe d’atténuation de la photoluminescence. Cette technologie permet également la mesure continue des mêmes trois paramètres, mais sur la totalité de la période péri opératoire : avant, pendant et après la CEC en réanimation. Son coût prohibitif reste le problème essentiel pour le développement de cette technologie.

Quelle que soit la technique utilisée, avec ce monitorage en continu, il est désormais possible de maintenir le patient sous CEC dans une fourchette précise en terme de pH, de PaCO2 et de PaO2 (11). Ceci représente potentiellement une avancée réelle mais plusieurs questions demeurent sans réponses :

a) le rapport coût/bénéfice n’a pas pour le moment été établi. Pour cette raison, l’introduction en pratique clinique de cette technique est difficile à justifier en raison de son surcoût réel.

b) A quel niveau monitorer ? En terme de sécurité la surveillance au niveau de la ligne artérielle est indispensable. Le monitorage au niveau de ligne veineuse présente un intérêt potentiel en terme d’adéquation de la perfusion.

c) Quelles fourchettes de valeurs doit-on se fixer pour les différents paramètres surveillés ?

Il n’existe aucune réponse documentée dans la littérature. Pour le pH et la PaCO2, les experts recommandent d’adopter la stratégie α-stat et de maintenir les valeurs lues à 37°C dans la fourchette physiologique de 7,40 ± 0,05 pour le pH et de 40 ± 3 mmHg pour la PaCO2. Pour la PaO2, il est recommandé de maintenir en hypothermie clinique lors d’une CEC une PaO2 actuelle (à la température du patient) de 140-180 mmHg et une PvO2 actuelle supérieure à 30-35 mmHg, dans le but de maintenir un gradient de pression partielle suffisant pour permettre dans tous les cas une diffusion efficace de l’O2 vers les cellules. La validité clinique d’une telle démarche demande à être confirmée (12). Deux études récentes suggèrent sur des critères intermédiaires que l’hyperoxie (PaO2 > 185 mmHg) puisse être délétère en CEC (13, 14).

Elle est le reflet de l’extraction tissulaire systémique en O2. Ses 4 facteurs déterminants sont bien identifiés (15). Elle varie en sens inverse de la demande systémique en O2. Les déterminants du transport artériel en O2 influencent la SvO2. Elle varie dans le même sens que le débit de pompe ; elle varie en sens inverse de la concentration artérielle en hémoglobine et de la SaO2. Actuellement les problèmes techniques sont résolus. Les capteurs utilisés, basés sur une spectrophotométrie par réflexion dans l’infrarouge donnent une valeur fiable de SvO2 et de concentration en hémoglobine. Ces valeurs doivent être vérifiées en début de procédure par réalisation d’une gazométrie. Sur la durée d’une CEC chirurgicale elles ne dérivent pas. Cette technique assure une surveillance continue en temps réel. Ses défenseurs mettent en avant un double intérêt. Elle a une valeur d’alarme, elle permettrait de s’assurer de l’adéquation de la perfusion assurée par la CEC (16). Les limites de ces deux applications doivent être bien connues (17).

En tant qu’alarme, elle ne détectera que les problèmes de déconnections de la ligne de gaz et les altérations de l’hématose. Mais la chute de la SvO2 est retardée de 90 à 120 secondes par rapport à la désaturation artérielle ; c’est donc une alarme tardive. De plus, elle n’est d’aucun secours pour détecter un problème d’hypoventilation lié à un balayage insuffisant de l’oxygénateur.

En ce qui concerne la qualité de la perfusion assurée par le perfusionniste, deux limites de cette méthode doivent être rappelées. D’une part le sang veineux mêlé qui revient par la ligne veineuse est le reflet global de l’ensemble des circulations locales de l’organisme disposées en parallèle. On peut méconnaître la souffrance d’une circulation locale. Cette limite est maintenant bien identifiée en réanimation et justifie les tentatives d’évaluation des circulations locales par d’autres méthodes.

L’autre limite est propre à la CEC conduite en hypothermie. Du fait du déplacement vers la gauche de la CDO, il y a perte de la relation attendue entre PvO2 et SvO2. En hypothermie profonde, la valeur optimale de SvO2 est certainement très supérieure à la fourchette de 70-75% communément admise chez le patient normothermique pendant et après la CEC (18).

Bien que l’équipement soit disponible dans tous les blocs opératoires, la capnographie en cours de CEC est très peu répandue. Il existe toujours un gradient en cours de CEC entre la PaCO2 et le CO2 expiré à la sortie de l’oxygénateur (19). Ce gradient est variable selon le type d’oxygénateur ; il dépend du dessin de l’évent de l’oxygénateur (20). De plus, pour un oxygénateur donné, il varie en cours de CEC. La capnographie per-CEC n’est pas un moyen fiable d’adapter le balayage de l’oxygénateur (21). Par contre la capnographie per-CEC peut-être une alarme intéressante. Elle permet de détecter rapidement toute déconnection de la ligne de gaz. De même, toute variation brutale en plus ou en moins doit conduire à prélever une gazométrie pour confirmer l’hyper ou l’hypocapnie.

Il n’existe pas en France de recommandations concernant le monitorage per-CEC. L’enquête présentée par JM Charrière lors de ce congrès nous confirme l’extrême diversité des pratiques rencontrées dans notre pays. On retrouve la même diversité dans les pays  anglo-saxons (22, 23) alors même que des consensus sont régulièrement diffusés et mis à jour (24, 25, 26). Ceci tient vraisemblablement à deux raisons essentielles :

a) dans tous nos pays des sociétés actives regroupant les perfusionnistes existent. Mais partout, la reconnaissance des sociétés et de leurs membres par les instances gouvernementales n’est pas encore acquise.

b) la supervision médicale des perfusionnistes paramédicaux varie d’une institution à l’autre au sein d’un même pays ; chirurgiens, anesthésistes, cardiologues ou physiologistes. Nulle part le statut de médecin perfusionniste n’a été clairement défini.

Le tableau 1 schématise les recommandations des sociétés nord-américaine, australienne et anglaise, en terme de monitorage « respiratoire» minimum pendant la CEC. Ces recommandations sont basées sur des « dires d’expert» ce qui peut expliquer en grande partie leur inhomogénéité.

Dans notre pratique personnelle, nous utilisons :

• les GDS prélevés sur la ligne artérielle à 2 moments prédéterminés : environ 5 minutes après la première cardioplégie et 5 minutes avant le déclampage aortique. D’autres prélèvements peuvent être réalisés en fonction des circonstances cliniques ou si la durée de la CEC se prolonge,

• la PaO2 est rendue et interprétée après correction en fonction de la température lorsque la CEC est conduite en hypothermie,

• par contre la gestion de l’équilibre acide-base se fait suivant le mode α-stat et nous raisonnons sur les chiffres de pH et de PaCO2 mesurés à 37°C,

• la surveillance de la SvO2 sur la ligne veineuse est systématique. En normothermie nous cherchons à la maintenir au-dessus de 70-75%,

• en hypothermie profonde (< 30°C), nous surveillons plutôt la PvO2 prélevée de manière itérative sur la ligne veineuse. Nous cherchons à maintenir une PvO2 actuelle au-dessus de 30 mmHg.

Nous n’avons pas la pratique du monitorage continu des gaz du sang en CEC. Cette technique semble toutefois intéressante en théorie dans au moins 2 circonstances précises :

• la CEC en pédiatrie,

• l’hypothermie profonde.

Enfin, nous ne surveillons pas la capnographie en per-CEC. C’est sûrement une erreur car c’est le seul moyen existant dans tous les blocs opératoires, utilisable sans surcoût qui permet de détecter rapidement un défaut d’alimentation en gaz de l’oxygénateur.

Le développement récent de techniques de monitorage continu des GDS ouvre de nouveaux champs d’investigation en CEC. Compte- tenu de leur caractère onéreux, il est indispensable de réaliser des études cliniques correctes validant l’intérêt de cette méthode dans des indications définies. Pour être jugée utile, la méthode doit mesurer avec fiabilité (item démontré), une ou des variable(s) clé(s) (pH, PaCO2, PaO2 : leur intérêt est démontré - celui de la PvO2 ne l’est pas encore) dont l’anormalité (encore non strictement définie) doit induire une action thérapeutique correctrice avec pour but d’améliorer le pronostic final du patient.

SOPGBI : Society of Perfusionists of Great-Britain & Ireland.

AMSECT : The American Society of Extra-Corporeal Technology.

ASCV : Australasian Society of Cardio-Vascular Perfusionnists

intervalle NP : intervalle Non Précisé.

CO2 expiré : capnographie sur l’évent de l’oxygénateur.

PaO2 NS : PaO2 Non Surveillée en continu.

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25. Australasian Society of Cardio-Vascular Perfusionists. Standards of clinical practice of perfusion for cardiopulmonary bypass, 2000 - www.perfusion.com.au

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