Etude de l’hypothermie instaurée par ventilation liquide totale dans les dysfonctions cardiaque et neurologique post-ischémiques chez le lapin

Study of hypothermia introduced by total liquid ventilation in cardiac and neurological dysfunction in the course of a cardiac arrest in experimental rabbits

• Auteur / Autrice : Mourad Chenoune
• Direction : Renaud Tissier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie et Biothérapies
• Date : Soutenance le 01/07/2011
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Alain Berdeaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Damien Ricard, Patrick Bruneval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Marchand, Laurent Argaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infarctus du myocarde

Mots clés libres

Arrêt cardiaque

Ventilation liquide

Cardioprotection

Neuroprotection

Hypothermie

Lapin

Cardiac arrest

Liquid ventilation

Cardioprotection

Neuroprotection

Hypothermia

Rabbit

Résumé

Le refroidissement in vivo du myocarde jusqu'à 32-34°C est une stratégie cardioprotectrice extrêmement puissante expérimentalement. La ventilation liquide totale (VLT) par des perfluorocarbones permet d'induire cette hypothermie très rapidement en utilisant le poumon comme bioéchangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. L'objectif de notre travail de thèse a été d'étudier les effets de la VLT hypothermisante sur les lésions d'ischémie-reperfusion dans des modèles d'ischémie myocardique régionale et d'arrêt cardiorespiratoire chez le lapin. Dans une première étude, nous avons démontré que l'instauration per-ischémique d'un épisode de VLT hypothermisante permettait d'atteindre la température cible de 32-33°C en seulement 5 min chez des lapins chroniquement instrumentés soumis à 30 min d'occlusion coronaire. Cela permettait d'atténuer non seulement la taille d'infarctus mais également la dysfonction contractile post-infarctus. La taille d'infarctus était ainsi respectivement réduite de 89 et 71% lorsque la VLT était débutée à la 5ème ou à la 15ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Cette protection était associée à un effet bénéfique sur la fonction mitochondriale dont la capacité de rétention calcique était significativement accrue par l'hypothermie.Dans une seconde étude, nous avons montré que cet effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante n'était pas limité par un plateau de cardioprotection puisqu'il persistait lors d'ischémies prolongées (60 min) chez des lapins anesthésiés. Les tailles de l'infarctus et du no-reflow étaient en effet respectivement diminuées de 45 et 74% dans un groupe d'animaux soumis à une VLT hypothermisante à partir de la 5ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Lorsque la VLT était instaurée plus tardivement (20ème min d'occlusion coronaire), ces réductions restaient significatives (respectivement -30% et -60%) alors qu'un refroidissement conventionnel par application de couvertures froides n'induisait aucun bénéfice, même lorsqu'il était débuté dès la 5ème min d'occlusion coronaire.Grâce aux travaux précédents, nous avons obtenu la preuve de concept de l'effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante au cours d'une ischémie myocardique régionale. Cependant, la translation clinique de cette stratégie est probablement délicate dans la situation de l'infarctus du myocarde. Il nous a en revanche semblé qu'elle pourrait être également bénéfique au cours de la réanimation post-arrêt cardiaque. Pour étudier ce phénomène, nous avons mis au point un modèle expérimental d'arrêt cardiaque et de réanimation cardiopulmonaire chez des lapins soumis à un épisode de fibrillation ventriculaire. Nous avons ainsi montré que la VLT hypothermisante permettait d'augmenter significativement la survie et d'atténuer le syndrome post-arrêt cardiaque par rapport à une réanimation conventionnelle. Après 10 min d'arrêt cardiaque, la survie était par exemple respectivement de 7/10 vs 0/10 chez les animaux soumis à la VLT hypothermisante par rapport au groupe Témoin. Ces effets bénéfiques étaient directement liés à la rapidité d'induction de l'hypothermie par la VLT puisqu'une hypothermie conventionnelle par refroidissement externe et perfusion de fluides refroidis n'a pas permis d'induire de protection significative.En conclusion, la VLT hypothermisante est une approche puissamment protectrice lors d'ischémie myocardique régionale et au décours d'un arrêt cardiaque. L'évaluation plus approfondie de cette stratégie nécessite à présent le développement de dispositifs sécurisés pouvant être utilisés sur un modèle gros animal.MOTS-CLES : Ventilation liquide totale, perfluorocarbone, hypothermie, infarctus, no-reflow, arrêt cardiaque. LABORATOIRE D'ACCUEIL : Laboratoire de pharmacologie, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil.

Cooling the ischemic myocardium to 32-34 °C is known to be potently cardioprotective. Total liquid ventilation (TLV) with perfluorocarbons can induce such an hypothermia very fastly using the lung as a heat exchanger while maintaining normal gas exchanges. The aim of this thesis was to investigate its beneficial effects in experimental models of myocardial ischemia and cardiac arrest in rabbits.In our first study, we demonstrated that the institution of hypothermic TLV allowed achieving a cardiac temperature of 32-33°C within only 5 min in chronically instrumented rabbits subjected to 30 min of coronary artery occlusion. This was associated with a significant reduction in infarct size along with a dramatic attenuation of the post-ischemic myocardial contractile dysfunction. As example, infarct size was reduced by 89 and 71% when TLV was initiated at the 5th or 15th min of coronary artery occlusion, respectively. This protection was associated with an attenuation of the mitochondrial dysfunction, as shown by an increased calcium restrain capacity.In a second study, we demonstrated that the protective effect of hypothermic TLV was not limited by a ceiling of cardioprotection since infarct size reduction persisted following prolonged ischemia (60 min) in anesthetized rabbits. Infarct and no-reflow sizes were indeed reduced by 45 and 74% in animals subjected to hypothermic TLV from the 5th min of coronary occlusion as compared to corresponding Controls, respectively. In comparison, a conventional external cooling with cold blankets did not reduce infarct size even when instituted since the 5th of ischemia.Thanks to the previous works, we obtained the proof of concept that hypothermic TLV could offer a dramatic cardioprotection during regional myocardial ischemia. However, the clinical translation of this strategy might be challenging in the clinical scenario of ST-elevation myocardial infarction. This might conversely be less challenging and also beneficial to prevent the post-cardiac arrest syndrome in patients resuscitated from cardiac arrest. In order to investigate this phenomenon, we developed an experimental model of cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation in rabbits submitted to an episode of ventricular fibrillation. Accordingly, we have demonstrated in this model that hypothermic TLV significantly increased survival and attenuated the post-cardiac arrest syndrome as compared to conventional resuscitation. After 10 min of cardiac arrest, survival was for example 7/10 vs 0/10 in animals subjected to hypothermic TLV vs corresponding Controls, respectively. These beneficial effects were directly related to the rapidity at inducing hypothermia with TLV since conventional hypothermia using external cooling and infusion of cold fluids failed to induce a significant protection.In conclusion, hypothermic TLV can induce a dramatic protection during regional myocardial ischemia or following cardiac arrest and resuscitation. In order to further investigate this strategy, we are now requiring a secured device that can be used in large animals.KEYWORDS: total liquid ventilation, perfluorocarbon, hypothermia, infarct, no-reflow, cardiac arrest.Laboratory: Laboratory of Pharmacology, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil.