Monitorage de l'inflammation pulmonaire par le monoxyde de carbone endogène exhalé dans un modèle de poumons humains : Application lors d'optimisation de greffons en perfusion pulmonaire Ex-Vivo avant transplantation pulmonaire. Étude BreathDiag-COe

Monitoring of lung inflammation by endogenous exhaled carbon monoxide in a model of human lungs : Application in Ex-Vivo Lung Perfusion before lung transplant : BreathDiag-COe

• Auteur / Autrice : Vivien Brenckmann
• Direction : Raphaël Briot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 14/09/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Physiologie cardio-respiratoire expérimentale théorique et appliquée (La Tronche, France ; 19..-20..)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Pison
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Briot, Edouard Sage, Dirk Van Raemdonck, Irène Courtillot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Fellahi, Olaf Mercier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Processus biotechnologiques -- Surveillance

Monoxyde de carbone

Respiration

Oedème pulmonaire

Mots clés libres

Inflammation pulmonaire

Œdème pulmonaire

Monoxyde de carbone

Greffons pulmonaires

Gazotransmetteur

Lung inflammation

Pulmonary edema

Carbon monoxide

Lung transplantation

Gazotransmitters

Résumé

Pour pallier au manque de greffons pulmonaires, des techniques de perfusion pulmonaire ex-vivo (PPEV) ont été développées. Les critères d’évaluation sont basés sur les paramètres physiologiques comme la qualité des échanges gazeux, les résistances vasculaires pulmonaires, la formation d'œdème, et l’aspect général des poumons.La production endogène de monoxyde de carbone (CO) est influencée par les phénomènes inflammatoires et est plus particulièrement en lien avec les mécanismes d'ischémie-reperfusion.La mesure du CO exhalé (COe) est possible grâce à un spectromètre laser (ProCeas®). Cet appareil est précis (concentrations inférieures au Ppmv) et rapide permettant un monitorage cycle à cycle, en temps réel.Le but de l'étude était d’évaluer le taux de COe des greffons pulmonaires humains en cours de procédure de PPEV et de le comparer à l’acceptation des greffons, aux autres paramètres testés et au devenir à court terme des receveurs.Matériel et méthodeDes greffons pulmonaires ont été optimisés et évalués en PPEV normothermique. Les poumons étaient progressivement réchauffés, perfusés et ventilés. S'en suivait une phase d'évaluation (incluant des manœuvres de recrutement) durant deux à quatre heures.Le ProCeas® était connecté en dérivation sur le circuit ventilatoire. La production de CO était moyennée sur cinq minutes à la fin de chaque phase de recrutement.En fin de procédure de PPEV, la décision de transplanter les poumons était prise selon les critères habituels de l'équipe chirurgicale sans avoir connaissance des valeurs de COe .Résultats et Discussion21 procédures de PPEV ont eu lieux à l’hôpital Foch de Suresnes de Décembre 2018 à Juillet 2019, dont 13 greffons à « critères élargis » (CE) et 8 issus de donneurs après arrêt cardiaque (de la catégorie III de Maastricht) (DDAC-M3).La présence de sang dans les voies aériennes faussait les résultats de COe, ainsi trois procédures ont été exclues.Il n’y avait pas de différence de COe en fonction de l’origine CE ou DDAC-M3 des poumons.Sur les 18 greffons, deux ont été définitivement récusés à la greffe. Il y avait une tendance à un COe plus élevé pour les poumons récusés (p=0,068). Cette tendance était présente dès le début des procédures.Concernant les paramètres physiologiques testés lors des procédures de PPEV, le COe était corrélé à la consommation de glucose (r=0,64 ; p=0,04) et à la production de lactates (r=0,53 ; p= 0,025). Il y avait une relation non significative avec les résistances vasculaires (p = 0,062). Il n’y avait pas de lien entre COe et formation d’œdème ni avec le rapport PaO2/FiO2 per PPEV.Concernant les données post-opératoires, en séparant les greffons en 2 groupes (COe bas Vs COe élevé, limite fixée à 0,235 Ppmv), il y avait une tendance à de meilleures capacités d’hématose (PaO2/FiO2) à 24h (p=0,052) pour ceux ayant un taux de COe bas. Tous les poumons avec taux de COe élevé ont présenté un score DPG à 3 dans les 72h (p=0,088). Il y avait également une tendance à es durées plus longues de réanimation (6 jours (+-3,25) Vs 15 jours (+-3,83), p=0,06) et de durée totale en unité de soins continus (réanimation + soins intensifs) (14,5 jours (+-2,34) vs 19 jours (+-3,4) (p=0,07)) pour les greffons avec un taux de COe élevé.ConclusionLe taux de COe per PPEV pourrait être une aide supplémentaire et précoce dans l’évaluation des poumons. Il semble pouvoir également apporter une aide pronostique pour anticiper les soins de réanimation post opératoires.

To compensate the lack of pulmonary grafts, ex-vivo lung perfusion techniques (EVLP) have been developed. The evaluation criteria are based on physiological parameters such as the quality of gas exchange, pulmonary vascular resistance, edema formation, and the general appearance of the lungs. The endogenous production of carbon monoxide (CO) is influenced by inflammatory phenomena and is more particularly linked to the mechanisms of ischemia-reperfusion.The measurement of exhaled CO (eCO) is possible thanks to a laser spectrometer (ProCeas®). This device is precise (concentrations lower than Ppmv) and fast allowing cycle-to-cycle monitoring, in real time.The aim of the study was to assess the eCO level of human lung grafts during the EVLP procedure and to compare it with the acceptance of the grafts, the other parameters tested and the short-term outcome of the recipients.Material and methodLung grafts have been optimized and evaluated in normothermic EVLP. The lungs were gradually warmed, perfused and ventilated. This was followed by an evaluation phase (including recruitment maneuvers) lasting two to four hours.The ProCeas® was connected in bypass to the ventilation circuit. CO production was averaged over five minutes at the end of each recruitment procedure.At the end of the EVLP procedure, the decision to transplant the lungs was taken according to the usual criteria of the surgical team without knowing the value of eCO.Results and discussion21 procedures took place at Foch Hospital in Suresnes from December 2018 to July 2019, including 13 grafts with extended criteria (EC) and 8 from donors after cardiac arrest (Category III of Maastricht) (DDCA-M3).The presence of blood in the airways distorted the eCO results, so three procedures were excluded.There was no difference in eCO based on the EC or DDCA-M3 origin of the lungs.Of the 18 grafts, two were definitively rejected at the graft. There was a tendency for higher eCO for the recused lungs (p=0.068). This trend was present from the start of the procedures.Regarding the physiological parameters tested during EVLP procedures, eCO was correlated with glucose consumption (r=0.64; p=0.04) and lactate production (r=0.53; p=0.025). There was a non-significant relationship with vascular resistance (p = 0.062). There was no link between eCO and edema formation or the PaO2/FiO2 relationship per PPEV.Concerning the post-operative data, by separating the grafts into 2 groups (low eCO Vs high eCO, limit fixed at 0,235 Ppmv), there was a tendency to better capacities of hemostasis (PaO2/FiO2) at 24h (p=0.052) for those with a low eCO level. All lungs with high eCO levels presented a PGD score of 3 within 72 hours (p=0.088). There was also a tendency for longer durations of resuscitation (6 days (+-3.25) vs 15 days (+-3.83), p = 0.06) and total duration in the continuing care unit (resuscitation + intensive care) (14.5 days (+-2.34) vs 19 days (+-3.4) (p = 0.07)) for grafts with a high COe level.ConclusionThe eCO level per EVLP could be an additional and early aid in the evaluation of the lungs.It also seems to be able to provide prognostic help to anticipate post-operative resuscitation care.