Soutenance de thèse de David LAGIER

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Pathologie Vasculaire et Nutrition
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Ischémie reperfusion,Poumon,Plaquettes,Endothelium,
Keywords
Ischemia reperfusion,Lung,Platelets,Endothelium,
Titre de thèse
Impact biologique, morphologique et clinique du maintien d'une ventilation pulmonaire lors de la circulation extracorporelle en chirurgie cardiaque.
Lung injury during cardiac surgery: biological, morphological and clinical impact of maintaining lung ventilation during cardiopulmonary bypass
Date
Lundi 21 Octobre 2019 à 14:00
Adresse
Faculté de Médecine - campus Timone Aix- Marseille Université 27 Boulevard Jean Moulin, 13385 Marseille
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Jury
Directeur de these Mme Marie-christine ALESSI Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these M. Lionel VELLY Aix-Marseille Université
Examinateur Mme Catherine PAUGAM-BURTZ Sorbonne Paris Cité
Examinateur M. Bernard CHOLLEY Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris
Rapporteur Mme Carole ICHAI Université Nice Sophia Antipolis
Rapporteur M. Emmanuel FUTIER Université Clermont-Auvergne

Résumé de la thèse

La chirurgie cardiaque sous circulation extra-corporelle (CEC) est particulièrement pourvoyeuse de complications respiratoires postopératoires (CRP), responsable d’une augmentation de la morbi-mortalité post-opératoire et des durées de séjour intra-hospitalier. L’atélectasie pulmonaire est une forme lésionnelle fréquente en per et postopératoire de chirurgie cardio-thoracique pouvant faire le terrain des CRP. La ventilation mécanique peut générer des lésions pulmonaires par une physiopathologie propre (ventilator-induced lung injury). Le concept de ventilation protectrice s’applique donc à l’optimisation des paramètres ventilatoires afin de prévenir les complications liées à la ventilation mécanique. L’utilisation de faibles volumes courant (6 à 8 ml/kg de poids idéal théorique) a ainsi fait la preuve de son efficacité chez le patient à poumons sains ou en cas de syndrome de détresse respiratoire aigu. Néanmoins, les faibles volumes courants favorisent le développement d’atélectasie dans les régions dépendantes des poumons notamment en fin d’expiration. La maximisation du recrutement alvéolaire par l’utilisation de manœuvres de recrutement et d’une pression expiratoire positive (PEP) a ainsi été proposée afin de prévenir cet atelectrauma (concept open-lung ventilation). En chirurgie cardiaque, la ventilation est couramment interrompue lors de la phase de CEC parce que la vascularisation pulmonaire n’est plus perfusée et que l’hématose est assurée par un oxygénateur extra corporel. Cette approche traditionnelle augmenterait le risque d’atélectasie par dérecrutement alvéolaire prolongé. Notre objectif est donc d’évaluer l’impact du maintien d’une ventilation pulmonaire lors de la phase de CEC au sein d’un protocole de ventilation open-lung en chirurgie cardiaque. Une première évaluation a été réalisée par un essai clinique randomisé contrôlé multicentrique au sein de 5 CHU Français (essai PROVECS). Nous avons comparés 2 stratégies : une stratégie open-lung avec manœuvres de recrutement itératives, PEP élevée et maintien de la ventilation per CEC ; une stratégie conventionnelle sans ventilation per CEC, sans manœuvre de recrutement et avec une PEP basse. Au total, 494 patients ont été randomisés. L’incidence des CRP à J7 postopératoire a été évaluée en tant que critère de jugement principal. Aucun impact significatif de la stratégie ventilatoire n’a été mis en évidence sur les complications respiratoires et extra respiratoires ainsi que sur les durées de séjour en réanimation. Une seconde évaluation a été réalisée sur un sous-groupe de 56 patients issus des 2 groupes de PROVECS. Une analyse morphologique périopératoire du poumon a été réalisée par tomographie pulmonaire par impédancemétrie électrique. Elle a mis en évidence que l’effet bénéfique sur l’aération et la ventilation des régions dépendantes des poumons, induit par la stratégie open-lung, n’était pas pérenne lors de la phase péri-opératoire. Aucune différence d’aération ou de ventilation n’a ainsi été mis en évidence entre les 2 groupes en fin d’intervention et en postopératoire. Une troisième évaluation a été réalisée afin de déterminer l’impact du maintien de la ventilation lors de la CEC alors que le poumon est en situation d’ischémie chaude. Une analyse biologique et fonctionnelle de la barrière alvéolo-capillaire a ainsi été réalisée par le dosage périopératoire plasmatiques de biomarqueurs épithéliaux (sRAGE) et endothéliaux (angiopoïétine 2) ainsi que par une mesure échographique de l’œdème alvéolaire postopératoire. Au total, une stratégie ventilatoire impliquant le maintien de la ventilation pulmonaire lors de la CEC ne modifie pas l’évolution clinique postopératoire et n’offre pas de bénéfice persistant sur le recrutement alvéolaire. Le contexte spécifique de la CEC et de la sternotomie pourrait atténuer l’impact bénéfique théorique des approches open-lung. Nos données ne permettent pas de favoriser cette stratégie chez les patients de chirurgie cardiaque.

Thesis resume

Cardiac surgery with cardiopulmonary bypass (CPB) is responsible for a significant rate of postoperative respiratory complications that increase postoperative morbi-mortality and hospital length of stays. Pulmonary atelectasis is a common perioperative pathological presentation in cardio-thoracic surgery patients that represent a potential trigger for postoperative respiratory complications. The implementation of mechanical ventilation during the general anesthesia period iduces pulmonary injury because an intrinsic pathophysiology (so-called ventilator-induced lung injury). The concept of protective ventilation applies to the optimization of ventilation parameters in order to prevent complications related to mechanical ventilation. The use of low tidal volumes (6 to 8 ml / kg ideal body weight) has been shown to improve outcomes in patients with normal lungs or during acute respiratory distress syndrome (ARDS). Nevertheless, low tidal volume ventilation promotes atelectasis formation in the dependent regions of the lungs, particularly during end-expiration. Maximizing alveolar recruitment through the use of iterative recruitment maneuvers and positive end-expiratory pressure (PEEP) has been showed to prevent such an atelectrauma (open-lung ventilation concept). In cardiac surgery, ventilation is routinely interrupted during the CPB as pulmonary circulation is not perfused anymore and because gas exchanges are provided by the extra-corporeal oxygenator. Such a traditional approach may increase the risk of atelectasis because of prolonged alveolar derecruitment. Our objective is to evaluate the impact of maintaining lung ventilation during CPB as a part of an open-lung ventilation strategy in cardiac surgery patients. A first study was performed through a multicenter randomized controlled clinical trial in 5 French University Hospitals (PROVECS trial). We have compared 2 strategies: an open-lung strategy with iterative recruitment maneuvers, higher PEEP levels and maintenance of ventilation during CPB; and a conventional strategy with no ventilation during CPB, no recruitment maneuver and lower PEEP levels. A total of 494 patients were randomized in the trial. The rate of postoperative respiratory complications at postoperative day 7 was defined as the primary endpoint. Any significant impact of the ventilation strategy was observed on respiratory complications, extra-respiratory complications or ICU length of stay. A second analysis was performed on a subgroup of 56 patients from the 2 PROVECS groups. Morphological analysis of the lung was performed perioperatively by lung electrical impedance tomography. It showed that the beneficial effect on aeration and ventilation of the dependent regions of the lung, induced by the open-lung strategy, was not sustainable over the peri-operative period. Any between groups difference in aeration or ventilation was thus found at the end of surgery and postoperatively. A third evaluation was conducted in order to determine the impact of maintaining ventilation during CPB while lungs are exposed to ischemia. A biological and functional analysis of the alveolar-capillary membrane was thus performed with perioperative measurements of plasmatic epithelial (sRAGE) and endothelial biomarkers (angiopoietin 2) and with an ultrasonographic quantification of postoperative alveolar edema. In conclusion, a ventilatory strategy involving the maintenance of lung ventilation during CPB has no significant impact on the postoperative clinical course and does not offer a sustainable benefit for the alveolar recruitment. The specific context of CPB and sternotomy could mitigate the theoretical beneficial impact of such open-lung approaches. Our data do not support the use of such approaches versus usual care with no ventilation during CPB in patients undergoing on-pump cardiac surgery.