Partie 1 : Stratégies contemporaines de neuroprotection pendant la chirurgie cardiaque : examen de l'état de l'art

ali.ma@wecistanche.com

Palesa Motshabi-Chakane 1, Palesa Mogane 1, Jacob Moutlana 1, Gontse Leballo-Mothibi 1, Sithandiwe Dingezweni 1, Dineo Mpanya 2 et Nqoba Tsabedze2,*

Département d'anesthésiologie, Faculté des sciences de la santé, École de médecine clinique,

Université du Witwatersrand, Johannesburg 2193, Afrique du Sud ; Palesa.Motshabi@wits.ac.za (PM-C.) ; moganep@gmail.com (PM) ; drhlamatsi@gmail.com (JM); gleballomothibi@gmail.com (GL-M.) ; sdingezweni@ymail.com (DS)

Département de médecine interne, Division de cardiologie, Faculté des sciences de la santé,

École de médecine clinique, Université du Witwatersrand, Johannesburg 2193, Afrique du Sud ;

Dineo.Mpanya@wits.ac.za

Correspondance : Nqoba.Tsabedze@wits.ac.za

Citation : Motshabi-Chakane, P. ; Mogane, P.; Moutlana, J.;

Leballo-Mothibi, G.; Dingezweni, S.; Mpanya, D. ; Tsabedze, N. ContemporainNeuroprotectionStratégies pendant la chirurgie cardiaque : examen de l'état de l'art. Int. J. Environ. Rés. Santé publique 2021, 18, 12747. https://doi.org/10.3390/ijerph182312747

Rédacteur académique : Paul B. Tchounwou

La poudre de Cistanche tubulosa a un très bon effet neuroprotecteur

Résumé: La chirurgie à cœur ouvert est la principale cause de lésions neuronales dans l'état périopératoire, certains patients se compliquant d'accidents vasculaires cérébraux et de délire. Les retombées neurologiques imposent un immense fardeau sur le bien-être psychologique de la personne touchée, de sa famille et du système de santé. Plusieurs essais contrôlés randomisés (ECR) ont tenté d'identifier des stratégies thérapeutiques et interventionnelles qui réduisent le taux de morbidité et de mortalité chez les patients qui présentent des complications neurologiques périopératoires. Cependant, il n'y a toujours pas de consensus sur la meilleure stratégie qui donne de meilleurs résultats pour les patients, de sorte queneuroprotectionles protocoles n'existent pas dans un nombre significatif de services d'anesthésie. Cette revue vise à discuter des preuves contemporaines pour prévenir et gérer les facteurs de risque de lésion neuronale, les mécanismes de lésion etneuroprotectioninterventions qui conduisent à de meilleurs résultats pour les patients. En outre, un résumé des ECR existants et de grandes études d'observation sont examinés pour déterminer quelles stratégies sont soutenues par la science et lesquelles manquent de preuves définitives. Nous avons établi que les preuves globales de pharmacologieneuroprotectionest faible. La plupart des stratégies neuroprotectrices sont basées sur des études animales, qui ne peuvent pas être entièrement extrapolées à la population humaine, et il n'y a toujours pas de consensus sur le traitement optimal.neuroprotecteurStratégies pour les patients subissant une chirurgie cardiaque. De vastes études multicentriques utilisant des définitions universelles standardisées des retombées neurologiques sont encore nécessaires pour évaluer les effets bénéfiques desneuroprotecteurtechniques.

Mots clés : neuroprotection ; cérébrovasculaire; délire; chirurgie cardiaque; anesthésie cardiaque

1. Introduction

Neuroprotectionenglobe des stratégies qui préservent la structure et la fonction neuronales. Les retombées neurologiques doivent être prévenues chez tous les patients subissant toute forme de chirurgie, en particulier ceux référés pour une chirurgie cardiaque. Par exemple, dans une étude portant sur 10, 250 patients ayant subi une chirurgie cardiaque, 221 (2 %) ont subi un AVC postopératoire, et la durée d'hospitalisation était significativement plus longue chez ces patients par rapport à ceux sans AVC postopératoire (10 vs 16 jours, p < 0,001)="" [1].="" de="" nombreux="" essais="" contrôlés="" randomisés="" (ecr)="" ont="" étudié="" l'efficacité="" des="" interventions="" pharmacologiques="" et="" non="" pharmacologiques="" qui="" réduisent="" les="" lésions="" neurologiques="" pendant="" et="" après="" une="" chirurgie="" cardiaque="" [2–4].="" cependant,="" il="" existe="" encore="" une="" controverse="" sur="" la="">neuroprotectionstratégie qui mène à de meilleurs résultats pour les patients.

Cette revue vise à discuter des preuves contemporaines pour prévenir et gérer les facteurs de risque de lésion neuronale, les mécanismes de lésion etneuroprotectioninterventions qui conduisent à de meilleurs résultats pour les patients.

2. Matériels et méthodes

Données sur les ECR utilisant diversneuroprotecteuragents a été obtenue après avoir effectué une recherche documentaire systématique dans PUBMED, Scopus et Google Scholar. La chaîne de recherche suivante a été utilisée : (neuroprotectionstratégies OUneuroprotectionOU thérapie pharmacologique OU thérapie non pharmacologique) ET (chirurgie cardiaque OU chirurgie de pontage cardiopulmonaire) ET (dysfonctionnement cognitif postopératoire OU accident vasculaire cérébral OU délire OU convulsion) ET patients adultes. Nous avons inclus des essais contrôlés randomisés, des revues systématiques et des méta-analyses publiées au cours des 15 dernières années. La recherche documentaire s'est concentrée sur les études pharmacologiques et non pharmacologiques.neuroprotecteurstratégies (tableau 1). Lorsque des revues systématiques ou des méta-analyses des ECR d'interventions étaient disponibles, celles-ci étaient de préférence rapportées plutôt que les ECR individuels.

Tableau 1. Résumé des essais contrôlés randomisés comparant les interventions au traitement standard pourneuroprotectionen chirurgie cardiaque.

Abréviations : ECR, essai contrôlé randomisé ; CPB, circulation extracorporelle ; POCD, dysfonctionnement cognitif postopératoire ; MM-RR, rapport de risque Mantel-Haenszel ; IC, intervalles de confiance ; OU, rapport de cotes ; TIVA, anesthésie intraveineuse totale ; DMP, différence moyenne pondérée ; POD, délire postopératoire ; CABG, pontage aortocoronarien; MAP, pression artérielle moyenne ; ET, écart type. Bolus de lidocaïne* de 1 à 1,5 mg/kg. Perfusion de 2 à 4 mg/kg/heure : selon le protocole des centres. Les concentrations plasmatiques de lidocaïne variaient entre 7 et 30 µmol/L. Doses de magnésium* d'au moins 2 g dans les 24 h suivant un arrêt cardiaque ou une chirurgie cardiaque. Rivastigmine*, dose de 1,5 mg toutes les 8 heures, à partir du soir en préopératoire ; un total de 22 doses (jusqu'au jour 6 postopératoire). Arrêt circulatoire hypothermique profond (DHCA) avec perfusion cérébrale rétrograde (RCP)*, refroidi à des températures nasopharyngées de 14,1 o C à 20 o C. Préconditionnement ischémique à distance (RIPC)* par l'utilisation d'un brassard BP dans le membre supérieur avec trois cycles alternés de gonflage (200 mmHg pendant 5 min) et dégonflage pendant 5 min (reperfusion). Surveillance de l'oxygénation cérébrale* : Épisodes de désoxygénation cérébrale < 60="" %="" pendant=""> 60 s.

3. Incidence et prévalence du déficit neurologique après chirurgie cardiaque

Le Code international de nomenclature recommande le terme «troubles neurocognitifs périopératoires» pour décrire à la fois le délire postopératoire (POD) et le dysfonctionnement/déclin cognitif postopératoire (POCD), ce dernier n'ayant pas de Manuel diagnostique et statistique des troubles mentaux 5 (DSM5) critère de diagnostic [14,15]. Une autre terminologie large utilisée est « lésion neurologique post-chirurgie cardiaque ». Les accidents vasculaires cérébraux périopératoires, le délire et l'encéphalopathie font partie des séquelles neurologiques de la chirurgie cardiaque [16]. Le risque d'AVC varie selon le type de chirurgie réalisée [17]. Par exemple, la chirurgie valvulaire double ou triple est associée à un risque d'accident vasculaire cérébral de 10 %, tandis que le risque est plus faible chez les patients référés pour un "cœur battant", également connu sous le nom de "hors pompe", chirurgie de pontage aortocoronarien (CABG) [17].

Dans une méta-analyse portant sur 174 969 patients référés pour une chirurgie cardiaque, le taux d'événements regroupés pour les AVC précoces et retardés était chacun inférieur à 1 % [18]. De plus, le délire est courant chez les personnes âgées, avec une incidence plus élevée de 12 % [19]. Il existe peu d'études faisant état de complications neurologiques après une chirurgie cardiaque chez des patients résidant dans des pays à revenu faible ou intermédiaire (PRFI). Dans une analyse rétrospective des dossiers de 1 218 patients consécutifs référés pour un PAC à Johannesburg, le taux d'AVC périopératoire était de 1,2 % [20]. De plus, un an après le début d'un AVC, le coût annuel en livres sterling par personne est estimé à 18 081 GBP, augmentant à 22 961 GBP chez les patients de plus de 84 ans [21]. Ces coûts élevés des soins de santé nécessitent un besoin urgent de stratégies qui réduisent le fardeau de l'AVC post-chirurgie cardiaque.

4. Facteurs de risque associés au déclin neurologique

En plus du type de chirurgie, le risque d'accident vasculaire cérébral est accru chez les patients présentant une maladie cérébrovasculaire existante, une maladie vasculaire périphérique, un diabète, une hypertension, des antécédents de chirurgie cardiaque antérieure, une infection préopératoire, une chirurgie urgente, un pontage cardio-pulmonaire (PCP) plus de 2 h, la nécessité d'une hémofiltration peropératoire et des besoins transfusionnels élevés [18]. Les facteurs de risque de déclin cognitif post-chirurgie cardiaque sont multifactoriels (Figure 1). Les résultats neurologiques sont divers et ont été précédemment classés en Type I (comprend les accidents vasculaires cérébraux mortels ou non mortels, la stupeur ou le coma à la sortie) et Type II, qui comprend la détérioration des fonctions cognitives, le déficit de mémoire ou les convulsions [22].

Figure 1. Facteurs de risque de lésion neuronale avant, pendant et après une chirurgie cardiaque.

L'évaluation de la fonction cognitive doit être effectuée en préopératoire et en postopératoire à l'aide d'un outil d'évaluation de test cognitif validé. De plus, le moment des tests a un impact sur le taux de diagnostic de lésions neurologiques post-chirurgie cardiaque [23]. Les tests diagnostiques effectués dans les 30 jours postopératoires ont des facteurs de confusion tels que la douleur postopératoire, et l'utilisation de médicaments peut affecter le score d'évaluation [15]. Le délire d'émergence survient avant, pendant ou après le réveil de l'anesthésie, tandis que le délire postopératoire survient 24 à 72 h après et le déclin cognitif postopératoire survient des semaines à des mois après l'opération [15,24]. La plupart des facteurs de risque de POCD sont liés à leur potentiel d'interférence avec les principes de base de la protection des organes, tels que l'apport d'oxygène, la perfusion des organes, les besoins nutritionnels des organes, les réserves préexistantes des organes et toute exposition toxique pendant la chirurgie [25]. La prévention du POCD post-chirurgie cardiaque vise à comprendre et à gérer ces facteurs de risque.

5. Mécanisme de lésion cérébrale

Le mécanisme des lésions cérébrales liées à la chirurgie cardiaque est complexe et multifactoriel. Le mécanisme le plus fréquent résulte de causes ischémiques entraînant une hypoperfusion cérébrale et une embolie [26,27]. Outre les causes ischémiques, la réponse inflammatoire, l'hyperthermie cérébrale, l'hyperglycémie, l'anémie périopératoire et la fibrillation auriculaire ont également été impliquées (Figure 2) [27].

Figure 2. Mécanismes de la lésion cérébrale.

5.1. Perfusion cérébrale altérée

Les effets de la chirurgie cardiaque et de la CEC sur la perfusion cérébrale peuvent être classés en hypoperfusion et reperfusion cérébrales. L'hypoperfusion cérébrale résultant d'une réduction du débit sanguin cérébral (CBF) pendant la CEC est la principale cause de lésion cérébrale ischémique. Cette forme de blessure peut en outre être exacerbée par la clairance altérée des micro-emboles pendant les périodes de DSC réduit. Un âge avancé, une maladie cérébrovasculaire étendue et des antécédents d'accident vasculaire cérébral augmentent le risque d'hypoperfusion cérébrale [26]. La première période de CPB est généralement associée à des épisodes de faible pression artérielle moyenne (PAM) lors des insertions de canules et de la manipulation des gros vaisseaux du cœur. En conséquence, une hypoperfusion cérébrale peut survenir et le flux sanguin dans les régions du bassin versant du cerveau peut devenir considérablement réduit. Vers la fin de la CPB, une reperfusion cérébrale se produit, entraînant la génération de radicaux libres d'oxygène [28]. Au cours de la lésion d'ischémie/reperfusion, divers mécanismes secondaires sont initiés et conduisent in fine à la mort des neurones.

5.2. Lésion cérébrale liée à l'hypoxie

Les conditions hypoxiques survenant pendant les périodes d'hypoperfusion cérébrale entraînent la régulation à la hausse de diverses molécules, telles que le facteur inductible par l'hypoxie (HIF) et la protéine du récepteur de la sulfonylurée 2A (SUR2A), qui déclenchent alors des événements pouvant entraîner des lésions neuronales [28]. Une baisse des niveaux d'oxygène conduit à la translocation de HIF dans le noyau des cellules neuronales. HIF est composé d'une sous-unité et. La sous-unité est exprimée constitutivement. Cependant, il se dégrade rapidement sous des concentrations normales d'oxygène. De plus, l'hypoxie est associée à une baisse des niveaux d'adénosine triphosphate (ATP), ce qui entraîne l'échec des pompes ioniques dépendantes de l'ATP, une augmentation des niveaux intracellulaires de sodium et de calcium, et finalement un gonflement cytoplasmique et mitochondrial, qui peut conduire à la mort cellulaire. [28].

5.3. Lésion cérébrale liée à la reperfusion

La phase de reperfusion est associée à la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), principalement dans les mitochondries. Les ROS réagissent avec l'oxyde nitrique (NO) pour former du peroxynitrite. Cette molécule est très réactive et nitrosyle les protéines, entraînant une altération fonctionnelle neuronale et des lésions cérébrales [28].

5.4. Macro- et micro-embolie cérébrale

La chirurgie cardiaque aboutit souvent à la production de divers matériaux emboliques. Selon la taille, les emboles peuvent être différenciés en macro-emboles, qui obstruent le flux dans les artères d'un diamètre de 200 µm ou plus, et en micro-emboles, qui obstruent les petites artères, artérioles et capillaires. Les plaques d'athérosclérose provenant principalement de l'aorte constituent des macro-emboles [26], tandis que les micro-emboles sont constituées d'emboles gazeux et d'agrégats biologiques tels que des thrombus, des agrégats plaquettaires et de la graisse [26,28,29]. Des embolies provenant de débris inorganiques tels que des fragments de tubulure en chlorure de polyvinyle et d'antimousse en silicone ont été rapportées dans le passé [29].

Bien que la machine CPB ait des mécanismes de protection, tels que des pièges à bulles [28], des emboles gazeux peuvent encore être introduits dans le circuit CPB par canulation veineuse, administration de médicaments et depuis les cavités cardiaques ouvertes du cœur gauche [26]. De plus, la manipulation de l'aorte pendant la chirurgie augmente le risque d'embolisation malgré la mise en place de filtres artériels [28,30]. La micro-embolie cérébrale en tant que mécanisme de dysfonctionnement cognitif est étayée par la présence d'une relation entre la charge cérébrale macro/microembolie pendant la CEC et le dysfonctionnement cognitif dans diverses études [26, 31–34]. De plus, des macro/micro-emboles peuvent également survenir lors de la décanulation aortique, en particulier lorsque le patient n'a pas reçu un traitement anticoagulant suffisant.

5.5. Réponse inflammatoire

Les processus inflammatoires associés à la CEC exacerbent davantage les lésions neuronales [27]. L'interaction du sang du patient avec les composants du CPB tels que les tubulures, les réservoirs, l'oxygénateur et les connexions entraîne l'activation du système du complément, conduisant à la libération de cytokines pro-inflammatoires telles que l'interleukine (IL)-6, IL -8, IL-10 et facteur de nécrose tumorale alpha (TNF) [28,35]. Cette réponse inflammatoire systémique entraîne une fuite de la barrière hémato-encéphalique, un œdème cérébral et finalement un dérangement cérébral [28].

5.6. Hyperthermie cérébrale

Il a également été rapporté que l'hyperthermie provoque des lésions cérébrales dans diverses conditions cliniques et qu'elle exacerbe la mort neuronale après une ischémie. Les effets néfastes de l'hyperthermie dans le cerveau sont liés au gonflement cellulaire induit par l'hyperthermie et à la mort nécrotique en cas de températures très élevées [36]. Au cours d'une chirurgie cardiaque sur CEC, une hyperthermie cérébrale peut survenir en raison de la proximité de la canule aortique avec les vaisseaux cérébraux ou de la sous-estimation de la température cérébrale par la surveillance standard [27].

5.7. Hyperglycémie

La réponse au stress induite par la CEC et l'hypothermie pendant la chirurgie cardiaque entraîne une élévation de la glycémie même chez les patients non diabétiques [27]. La physiopathologie des lésions cérébrales induites par l'hyperglycémie est multifactorielle. L'hyperglycémie augmente la production d'espèces réactives de l'oxygène via une voie médiée par la protéine kinase C et la production accrue de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) [37]. Les espèces réactives de l'oxygène peuvent entraîner la mort neuronale, comme décrit précédemment. Il existe également une association bien décrite entre l'hyperglycémie et l'expression accrue du facteur nucléaire kappa B [38]. Les effets métaboliques de l'hyperglycémie, tels que l'augmentation de la production d'acide lactique avec une acidose subséquente et un dysfonctionnement mitochondrial, sont un autre mécanisme suggéré de lésion cérébrale associée à l'hyperglycémie [39].