Etude expérimentale de l’arrêt cardiaque réfractaire chez le porc : nouvelles approches thérapeutiques

Experimental study of refractory cardiac arret in a swine model : new therapeutic approaches

• Auteur / Autrice : Alice Hutin
• Direction : Renaud Tissier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 15/12/2017
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) - Institut Mondor de Recherche Biomédicale
• Jury : Président / Présidente : Pierre Carli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Tissier, Alain Cariou, Lionel Lamhaut, Bijan Ghaleh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Dumas, Guillaume Debaty
• DOI : 10.70675/ee19b7dbz2b39z4619zbef7zfe87fc032968

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arrêt cardiaque

Mots clés libres

Arrêt cardiaque réfractaire

Hypothermie

Ecmo

Cardiac arrest

Hypothermia

Ecls

Résumé

L’arrêt cardiaque (AC) extrahospitalier est un problème majeur de santé publique, malgré la mise en place d’une véritable « chaine de survie ». Les durées de réanimation sont souvent prolongées et aboutissent à des séquelles irréversibles avec un assombrissement dramatique du pronostic. Dans de nombreuses situations, l’AC ne parvient pas à être réanimé avec les soins courants, laissant apparaître un AC « réfractaire » qui nécessite une prise en charge thérapeutique avancée. L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer de nouvelles approches expérimentales pour la prise en charge de l’AC réfractaire. Nous avons étudié deux stratégies expérimentales chez le porc, consistant à induire une hypothermie ultra-rapide par ventilation liquide ou à mettre en place une assistance circulatoire au cours d’un AC d’origine ischémique.Dans un premier travail, nous avons ainsi évalué la faisabilité d’une hypothermie thérapeutique ultra-rapide par ventilation liquidienne totale (VLT) chez le porc. Cette approche consiste à instiller des perfluorocarbones dans le poumon de façon à induire un refroidissement ultra-rapide. Le poumon est ainsi utilisé comme bio-échangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. Dans des travaux préliminaires, le laboratoire a montré que la VLT permettait de réduire la température sanguine jusqu’à 32°C en moins de 10 minutes chez le lapin. Le but de notre étude était de déterminer si la VLT pouvait aussi permettre un refroidissement ultra-rapide chez le porc. L'effet de la VLT a ainsi été évalué dans un premier temps à cœur battant, puis à cœur arrêté sur un modèle d’arrêt cardiaque réfractaire bénéficiant d’une réanimation cardio-pulmonaire prolongée. Dans les conditions physiologiques « à cœur battant », la température de 34°C était atteinte en moins de 10 minutes dans tout l'organisme. Lors de la réanimation prolongée d’un AC réfractaire, le refroidissement corporel était également obtenu rapidement, en moins de 25 minutes, quel que soit le site de mesure de la température. La VLT n’altérait aucunement la qualité du massage cardiaque externe, suggérant un intérêt pour cette approche dans l’induction d‘une hypothermie intra-AC, dans une perspective d’augmentation de l’efficacité des défibrillations ou de préservation d’organe.Dans un deuxième travail, nous nous sommes intéressés à l’AC réfractaire compliquant un syndrome coronaire aigu, traité par assistance circulatoire extracorporelle. Notre but était d’évaluer l'importance de la revascularisation coronaire précoce dans cette situation chez le porc, c’est-à-dire son impact sur le statut hémodynamique et les chances de réanimation. Après anesthésie et instrumentation, les animaux ont ainsi été soumis à une occlusion coronaire, suivie d’un AC par fibrillation ventriculaire non traitée pendant 5 minutes. Ils ont ensuite bénéficié d’une réanimation cardio-pulmonaire de base puis d’une assistance circulatoire extracorporelle. Nous avons comparé les effets d’une revascularisation précoce à ceux d’une revascularisation tardive, c’est-à-dire d’une reperfusion 20 ou 120 min après le début de l'assistance circulatoire. La revascularisation coronaire précoce augmentait significativement les chances de reprise d’activité cardiaque spontanée, limitait l’état de choc, améliorait la perfusion cérébrale et limitait la taille d’infarctus. Cela montre bien l’importance d’une prise en charge rapide du syndrome coronarien en cas d’AC de cause cardiaque présumée, y compris dans une situation d’assistance circulatoire extracorporelle.En conclusion, nous avons montré que la VLT permettait d’induire un refroidissement ultra-rapide dans l’ensemble de l’organisme, tant à cœur battant que pendant une réanimation prolongée. Par ailleurs, la revascularisation précoce d’un AC réfractaire ischémique traité par assistance circulatoire extracorporelle permettait d’améliorer globalement les chances de réanimation et le statut hémodynamique.

Out of hospital cardiac arrest (CA) is a major public health issue, despite the implementation of a “chain of survival”. Resuscitation durations are often extended with irreversible organ damage and poor outcome. Frequently, conventional care does not allow the return of spontaneous circulation, leading to a refractory CA, with the need for advanced therapeutic care. The general objective of this work was to evaluate new therapeutic strategies in the management of refractory cardiac arrest. We studied two experimental strategies in swine, involving ultrafast cooling with total liquid ventilation or extracorporeal cardiopulmonary resuscitation in a CA of ischemic origin.As a first step, we evaluated the feasibility of ultra-fast therapeutic hypothermia using total liquid ventilation (TLV) in swine. This approach involves perfluorocarbon instillation in the lungs to induce ultra-fast cooling. The lungs are thus used as a heat exchanger, while maintaining normal gas exchanges. In previous studies, the laboratory has shown that TLV could reduce blood temperature to 32°C in less than 10 minutes in rabbits. The objective of this study was to determine if TLV could lead to ultra-fast cooling in swine. We first studied the cooling capacity of hypothermic TLV in beating heart pigs, and then during ventricular fibrillation with prolonged chest compressions. In physiological conditions, in “beating heart” animals, the target temperature of 34°C was obtained in less than 10 min in the whole body. In prolonged resuscitation of refractory CA, whole body cooling was also rapidly obtained, within less than 25 min. TLV did not alter the hemodynamic effect of cardiac compressions, suggesting further use of this “intra-resuscitation” cooling in order to increase chances of defibrillation or for organ preservation for the purpose of organ donation.As a second step, we addressed the subject of ischemic refractory CA treated by extracorporeal cardiopulmonary resuscitation (ECPR). Our objective was to evaluate the importance of early coronary reperfusion in this situation, i.e., it’s impact on hemodynamic status and chances of defibrillation. After anesthesia and surgical preparation, animals were submitted to a coronaryocclusion followed by 5 min of CA by ventricular fibrillation. Conventional cardiopulmonary resuscitation was then initiated and followed by extracorporeal cardiopulmonary resuscitation.We compared the effect of early versus late reperfusion, i.e., reperfusion after 20 or 120 min of ECPR. Early reperfusion significantly increased chances of return to spontaneous circulation with limited shock status, increased cerebral perfusion and decreased infarct size. This confirms the need for early treatment of acute coronary syndrome if cardiac cause of CA is suspected, even in the situation of ECPR.In conclusion, we have shown that TLV could provide ultra-fast whole body cooling, both in beating heart swine and during prolonged resuscitation. Secondly, early reperfusion in refractory ischemic CA treated by ECPR globally increases chances of return to spontaneous circulation and improves hemodynamic status.