Étude expérimentale de l'hypothermie induite par ventilation liquide totale au décours d'un arrêt cardiaque choquable et non choquable

par Matthias Quentin Kohlhauer

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Renaud Tissier.

Le président du jury était Bijan Ghaleh-Marzban.

Le jury était composé de Renaud Tissier, Florence Dumas, Jean-Damien Ricard.

Les rapporteurs étaient Laurent Argaud, Catherine Vergely-Vandriesse.


  • Résumé

    Chaque année, environ 40000 patients subissent un arrêt cardiaque extra-hospitalier en France. Malgré l’amélioration de la prise en charge initiale, ces patients développent fréquemment une dysfonction neurologique, cardiaque et multi-viscérale, à l’origine d’une survie extrêmement faible. L’une des stratégies susceptible d’améliorer la survie chez les patients est l’induction d’une hypothermie thérapeutique modérée à 32-34°C. Cela présente néanmoins un bénéfice très limité chez l’Homme par rapport à celui décrit dans les études expérimentales. L’une des explications pourrait être la vitesse d’induction de l’hypothermie chez l’Homme par rapport à celle réalisée chez l’animal de laboratoire. Dans ce contexte, le laboratoire d’accueil étudie une approche capable de maximiser la vitesse de refroidissement par ventilation liquide totale (VLT). Cette stratégie consiste à ventiler les poumons avec des perfluorocarbones liquides et à utiliser cet organe comme bio-échangeur thermique, tout en assurant des échanges gazeux normaux.L’objectif de mon travail a été de d’étudier expérimentalement les conséquences de l’induction d’une hypothermie ultra-rapide dans différentes situation d’arrêt cardiaque chez le lapin. Cela permettrait à terme de déterminer la situation la plus pertinente pour le transfert clinique de la VLT.Nous avons tout d’abord étudié l’effet d’une hypothermie induite par de grande quantités de fluides froids pendant la réanimation cardio-pulmonaire après un arrêt cardiaque choquable. Cela n’a pas permis d’induire de bénéfice sur les chances de réanimation en l’absence d’administration d’adrénaline. Dans un second temps, nous avons démontré que la VLT était associée à une puissante neuroprotection et cardioprotection à la fois après un arrêt cardiaque choquable avec infarctus du myocarde sous-jacent, ou après un d’arrêt cardiaque non choquable d’origine respiratoire. Ce bénéfice s’exerçait très précocement au décours de l’arrêt cardiaque, par une inhibition de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique, de la production d’espèces réactives de l’oxygène, de l’hyperhémie cérébrale et de la réponse inflammatoire.Ces résultats démontrent l’existence d’une fenêtre thérapeutique très précoce, au cours de laquelle la VLT hypothermisante peut procurer une puissante protection neurologique et cardiaque à la suite d’un arrêt cardiaque. Dans la perspective d’un transfert clinique de la VLT, la situation de l’arrêt cardiaque non choquable serait particulièrement pertinente, en raison du pronostic très sombre qui lui est associé.

  • Titre traduit

    Experimental study of hypothermic total liquid ventilation after shockable and non-shockable cardiac arrest


  • Résumé

    Cardiac arrest is a major public health issue, concerning 40000 patients every year in France. Among the successfully resuscitated patients, most of them develop severe neurological, cardiac and multivisceral dysfunctions, leading to an aggravation of the prognosis. One of the strategies that could improve this prognosis is mild therapeutic hypothermia at 32-34 degres°C during 24 hours. However, recent clinical studies demonstrated limited benefits in patients, as compared to experimental studies. One of the explanations could be the relatively prolonged delay for hypothermia achievement in humans as compared to laboratory animals. In order to induce similar cooling rate in humans than animals, the laboratory is investigating a strategy for ultra-fast cooling through total liquid ventilation (TLV). This strategy consists in lungs ventilation with cold perfluorocarbons, which could use the lungs as a heat-exchanger while maintaining normal gas exchanges.The general goal of the present study was to experimentally investigate the consequences of ultra-fast cooling in different situations of cardiac arrest in rabbits. This could lead to determine the most relevant clinical setting for a further clinical translation of TLV in patients.Accordingly, we initially studied the effect of conventional hypothermia through fluid administration during cardiac massage in a rabbit model of shockable cardiac arrest. Such conventional hypothermia did not provide any benefit. Then, we investigated the effect of cooling induced by TLV in rabbits submitted to cardiac arrest from different causes. After ischemic cardiac arrest from shockable rhythm, TLV was associated with potent neuro- and cardioprotective effects, along with strong survival improvement and multivisceral dysfunction limitations. After cardiac arrest from respiratory and non-shockable cause, TLV provided potent neurological benefit. This was exerted very early after resuscitation through the reduction of the blood-brain barrier permeability, reactive oxygen species production, acute cerebral hyperhaemia or inflammatory response.In conclusion, TLV-induced cooling provides potent neurological and systemic benefits after experimental cardiac arrest from different causes in rabbits. These works describe the existence of a therapeutic window for hypothermia, very early after cardiac arrest. This strengthens the relevance of TLV for cooling induction. For a further clinical translation, non-shockable cardiac arrest could be a relevant clinical situation, considering the very poor prognosis.

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