Pr Alexandre OUATTARA Service d’Anesthésie Réanimation II, Hôpital du Haut-Lévêque,

Pôle d’Anesthésie-Réanimation, Groupe Hospitalier Sud, CHU de Bordeaux

Adaptation Cardiovasculaire à l’ischémie (Unité INSERM 1034)

alexandre.ouattara@chu-bordeaux.fr

ConsConsééquences physiologiques et quences physiologiques et

physiopathologiques de lphysiopathologiques de l’’hypothermiehypothermie

1

Un peu dUn peu d’’histoirehistoire……

• 1798.

– Hypothermie (lutte fièvre) par immersion dans eau glacée induit bradycardie

• IIème Guerre mondiale

– Hypothermie induit TDR puis arrêt cardiaque

– Dr W. Bigelow (ministère de la guerre canadienne). Hypothermie provoque une

diminution de la VO2

• 1950

– Bigelow et al. démontrent expérimentalement la meilleure tolérance à

l’ischémie au cours de l’hypothermie

– Dr I. Boerema (Hollandais). Circuit hypothermique (AF-VF) 10°C

• 1962

– Dr F.J Lewis. Chirurgie cardiaque (CIA) sous hypothermie de surface (bain froid).

Hypothermie à 27°C. Arrêt cardiaque (clampages Ao et VC) pendant 10 min.

Reprise d’une activité cardiaque.

Physiologie de la Physiologie de la

thermorthermoréégulation gulation

IntroductionIntroduction

• Homéothermes (humain et mammifères)

• Système thermorégulateur

• Maintien température centralecentrale limites très étroites autour de

37°C (de l’ordre de 0,2°C) = Zone de neutralité thermique

• Récepteurs (chaud et froid), voies afférentes, centre

thermorégulateur, voies efférentes (mécanismes régulateurs)

• Poïkilotherme : T°C dépend du milieu ambiant

4

• Etat physique qui reflète le contenu de chaleur du

corps humain

• Bilan thermique

• Equilibre « fin »

TempTempéérature centralerature centrale Production de chaleurProduction de chaleur

• Métabolisme oxydatif des nutriments

• Consommation d’oxygène (VO2) en ml/min d’O2

• Equivalent calorique de l’oxygène (Kcal/j ou Watts)

6

Transferts de chaleurTransferts de chaleur• Radiation:

– Perte ou le gain de chaleur sous forme d’ondes infrarouges (énergie

thermique)

– En condition normale, 50% de la déperdition de chaleur

• Convection

– Refroidissement de la peau… par le vent (ventilateur) ou par l’eau.

• Conduction

– Transfert de chaleur entre 2 objets en contact direct l’un avec l’autre

• Evaporation:

– Sudation +++

– Pertes insensibles (respiration) 600 mL/24h = 390 Kcal/24h

– Pertes urinaires, fèces

Pertes de chaleurPertes de chaleur

• 90% se font au travers de la peau

– Par radiation (50%)

– Par évaporation (22%)

– Par convection (15%)

– Par conduction (3%)

• 10% par évaporation lors de la respiration

8

Production de chaleurProduction de chaleur= =

Pertes de chaleurPertes de chaleur

9

�������� Contenu de chaleur constant= tempContenu de chaleur constant= tempéérature centrale stable rature centrale stable

ModModèèle corporel le corporel àà deux deux compartiments caloriques compartiments caloriques

• Compartiment central (axe cerveau, médiastin, organes digestifs)

– Température régulée autour de 37°C

– Valeur optimale fonctionnement systèmes enzymatiques et

mécanismes cellulaires

• Compartiment périphérique (muscles=45% de masse corporelle)

– Température n’est pas régulée

– Température < 2 à 4°C du compartiment central

– Sujet à une variabilité d’une dizaine de degrés

– Température dépend de la température centrale et environnementale,

tonus vasomoteur, exercice physique

– Zone d’échanges par conduction entre les deux compartiments

– Zone tampon

• Stockage et perte de chaleur

• Préserve la mise en jeu du système thermorégulateur lors de

modification du contenu de chaleur 10

SystSystèème mixte me mixte (hom(homééotherme et potherme et pooïïkilotherme)kilotherme)

27 31

37

31

°°°°C Tcent (noyau)

Tcut(enveloppe)

Tamb °°°°C

neutralitneutralitééthermiquethermique

• Homéothermie ne concerne que le compartiment central ( 80 % de la masse corporelle )

• « Ecorce » ou compartiment périphérique est poïkilotherme

« Afterdrop » en chirurgie cardiaque

Modification de la température centrale par la CEC

Ecorce de cinétique plus lente et donc plus froide

(température de l’environement +++)

Gradient de température noyau/écorce

A l’arrêt du réchauffement, redistribution par

conduction du noyau vers l’écorce

Chute de la température centrale en réanimation

AFTERDROP

Moyens de lutte contre l’afterdrop

1.Réchauffement péricorporel par air pulsé de l’écorce

pour diminuer le gradient noyau

2.Vasodilatateurs permettant d’augmenter la part du

noyau

3.Réchauffement progressif et lent

Vasodilatateurs

ThermorThermoréégulation chez lgulation chez l’’adulteadulte

Récepteurs Voies afférentes

Centre régulateur(région préoptique de

l’hypothalamus antérieur)

Les informations

provenant des centres

centraux représentent

80% des afférences

Voies efférentes

Agression thermique chaude

Agression thermique froide

Zone neutralitZone neutralit éé thermiquethermique

Centres thermorCentres thermoréégulateursgulateurs• Région pré-optique de l’hypothalamus antérieur

• Intégration sous la forme d’une température corporelle moyenne

• Comparaison à la zone de neutralité thermique étroite

• Seuil de réponse au chaud séparée par le seuil de réponse au froid de 0,2 °C

Seesler D. N Engl J Med 1997;336:1730-7

• Voies efférentes:

– Réponses comportementales (sautiller, se couvrir…) seules à exister chez le

poïkilotherme,

– Réponses du système nerveux autonome

• si réactions comportementales inadaptées

• Seuil de déclenchement +++ 15

SystSystèème nerveux autonomeme nerveux autonome

RRééponses du systponses du systèème nerveux me nerveux autonome autonome

0,20,2°°°°°°°°CC

Agression thermique chaudeAgression thermique chaudeAgression thermique froideAgression thermique froide

A lA l’’agression thermique chaude agression thermique chaude

• Vasodilatation

– Accroit le flux sanguin dans les capillaires cutanés (jusque 7,5 l/min)

– Transfert de chaleur du comportement central vers le compartiment périphérique

– Elimination par sudation (synchronisation entre les deux mécanismes)

• Sudation

– Changement de l’état de l’eau consommateur d’énergie (4,5 kJ/ml de sueur)

– Perte d’autant importante que l’air au contact de la peau sera sec et renouvelé

– Mécanisme limité par le débit maximal de sueur

18Deux phDeux phéénomnomèènes couplnes coupléés et donc synchrones +++s et donc synchrones +++

Phénomène de

redistribution par

vasodilatation

A lA l’’agression thermique froideagression thermique froide

• Vasoconstriction des shunts artério-veineux

– Extrémités (doigts, orteils,…)

– Réduction surface d’échange de chaleur entre la peau et l’environnement mais aussi

entre la compartiment central et périphérique

• Frisson

– Seuil de déclenchement < 1°C

– Activité musculaire oscillatoire involontaire

– Augmentation production chaleur (X2 à X6)

– Consommation en oxygène (chute de la SvO2)

– Sécrétion de noradrénaline (morbidité cardiovasculaire potentielle)

– N’existe pas chez le nouveau né

20Deux phDeux phéénomnomèènes dnes déécouplcoupléés et asynchrones +++s et asynchrones +++

– Efficace surtout chez l’enfant

– Production métabolique de chaleur

– Muscles squelettiques et graisse brune

– Augmentation de la VO2 sans production de travail mécanique

– Stimulée par libération adrénergique

ThermogThermogéénnèèse non lise non liéée au frissone au frisson Modulation des rModulation des rééponses du ponses du systsystèème autonome me autonome

• Variation seuil de déclenchement

– Elargissement de la zone neutralité thermique

– Diminution seuil de réponse à l’agression thermique froide

– Augmentation seuil de réponse à l’agression thermique chaude

• Moindre adaptation aux conditions thermiques environementales

• Tendance à l’hypothermie

22

Modulateurs rModulateurs rééponses du systponses du systèème me autonome autonome

• Age

• Substances : catécholamines, sérotonine, acétylcholine, peptides,

• Hormones sexuelles (décalage thermique du cycle menstruel)

• Paramètres physiques: pression artérielle, douleur

• Niveau d’éveil (cycle circadien, baisse température durant le sommeil)

• Alcool (sensible au froid de l’environnement)

• Hyperglycémie

• Médicaments (agents anesthésiques +++)

23

Réponses du système nerveux autonome

0,20,2°°°°°°°°CC

4,04,0°°°°°°°°CC

Agression thermique chaudeAgression thermique chaudeAgression thermique froideAgression thermique froide

Sain Sain

Sous anesthSous anesth éésie sie

Modification des seuils de déclenchement des réponses thermorégulatrices en

fonction des concentrations plasmatiques de propofol

Absence de réactions comportementales

Conditions thermiques défavorables du bloc opératoire (perte de chaleur par convection)

Elargissement de la zone de

neutralité thermique

ThermorThermoréégulation au cours de gulation au cours de ll’’anesthanesthéésie (2)sie (2)

• Inhibition de la thermogénèse sans frisson

• Vasodilatation périphérique

• Réduction de la production de chaleur de 20%

• Hypothermie centrale importante: redistribution

de la chaleur dans l’organisme du noyau vers la

périphérie

Mesure de la tempMesure de la tempéératurerature

• Thermomètre cutané

– Température périphérique

• Température centrale

– Artère pulmonaire

– Bas œsophage

– Nasopharynx

• Température intermédiaire

– tympan

– Rectum et vessie

CEC 1 seul site de mesure

DDééfinition de lfinition de l’’hypothermie hypothermie

• Température centrale < 35°°°°C

• Conjonction d’une exposition au froid et

d ’ une incapacité de l ’ organisme à

maintenir la T°°°°C centrale à une valeur

physiologique

28

DegrDegréé dd’’hypothermie hypothermie

• Hypothermie légère entre 34 et 35°°°°C

• Hypothermie modérée entre 28 et 34°°°° C

• Hypothermie sévère ou profonde < 28°°°° C

Pourquoi utiliser lPourquoi utiliser l’’hypothermie au hypothermie au cours de la CEC?cours de la CEC?

• Réduction du métabolisme cellulaire et donc consommation en oxygène

– Réduction de la vitesse des processus biochimiques

– Réduction de la vitesse des réactions enzymatiques

• Meilleure protection d’organes (cœur, cerveau, rein)

• Réduction du débit de perfusion d’assistance

From Kirklin JW. Hypothermia, circulatory arrest and cardiopulmonary bypass. In Kirklin JW, Barratt-Boyes BG, eds. Cardiac surgery.

New York: Churchill Livingstone, 1993:61-127

Nomogram of an estimate (not rigously derived) of the probability of « safe » total circulatory arrest (absence of structural or

functional damage) according to the arrest time, at nasopharyngeal temperatures of 37°°°°C, 28°°°°C and 18°°°°C.

From Kirklin JW. Hypothermia, circulatory arrest and cardiopulmonary bypass. In Kirklin JW, Barratt-Boyes BG, eds. Cardiac surgery.

New York: Churchill Livingstone, 1993:61-127

Réduction du débit de perfusion DDéébit de perfusion bit de perfusion

•• 2,4 L.min2,4 L.min--11.m.m--22 si T°°°° entre 35 et 3735 et 37°°°°°°°°CC

•• 1,8 L.min1,8 L.min--11.m.m--22 si T°°°° entre 28 et 3328 et 33°°°°°°°° CC

Hypothermie et SystHypothermie et Systèème nerveuxme nerveux

• Hypothermie diminue le métabolisme cérébral et donc diminue le DSC

• Diminution de la libération des neurotransmetteurs responsables de l’excitotoxicité: ROLE NEUROPROTECTEUR

• Perte de conscience à partir de 28°C

• Perte de la constriction pupillaire à 25°C

• Vitesse de conduction nerveuse diminue

• Tonus musculaire augmente

Hypothermie et EEGHypothermie et EEG

• EEG isoélectrique pour une T°°°°C < 25°°°°C

• 21-24°°°°C: pertes des composantes corticales précoces des PES

• 13-18°°°°C: perte des composantes sous corticales

Hypothermie et systHypothermie et systèème me cardiovasculairecardiovasculaire

• Hypothermie légère (> 34°C)

– Mise en jeu des mécanismes thermorégulateurs (tachycardie,

vasoconstriction, augmentation du débit cardiaque, HTA modérée)

• Hypothermie modérée (28-34°C)

– Mécanismes thermorégulateurs sont dépassés

– Bradycardie (réfractaire à l ’atropine)

– Effet inotrope négative

– Diminution débit cardiaque et pression artérielle

– Augmentation des RVS (activité sympathique, catécholamines, viscosité

sanguine)

– Vasodilatation splanchnique

– Diminution du seuil arythmogène

SystSystèème cardiovasculaireme cardiovasculaire

• Onde J d’Osborne:

– Onde surnuméraire sous la forme d’une déflexion positive entre la fin du

QRS et le début du segment ST liée à un gradient de potentiel d’action

transmural (épicarde> endocarde)

• Trouble de conduction sino atriale et auriculo-ventriculaire

– à partir de 28°°°°C (anomalies des courants sodiques, potassiques et

calciques)

• Irritabilité ventriculaire à partir de 28°°°°C

• Fibrillation ventriculaire entre 25 et 30°°°°C

SystSystèème respiratoireme respiratoire

• Diminution ventilation minute proportionnelle à la

diminution de la VO2

• Diminution réponse au CO2 et à l’hypoxémie

• Diminution réflexe de toux et de la clairance mucociliaire

• Pertes des réflexes de protection pharyngo-laryngée

• Déplacement de la courbe dissociation Hb vers la gauche

(meilleure affinité pour l’hémoglobine)

Evolution de la courbe de dissociation de l’Hb en fonction de la T°°°°C

50%

27

• Hypothermie augmente l’affinité de l’Hb pour O2 de 5,7%/°°°°C

• Facilité moindre de la diffusion de l’oxygène au tissus

• Mais diminution des besoins en O2 de 7 à 8%/°°°°C

Modifications hydroModifications hydroéélectrolytiqueslectrolytiques

• Déshydratation

• Polyurie initiale

• Séquestration liquidienne

– Rétention aiguë d’urine

– Iléus paralytique et stase des sécrétions digestives

• Augmentation de l’hématocrite

• Hyperglycémie par diminution de la sécrétion d’insuline

SystSystèème de la coagulationme de la coagulation

Test hématologiques sont réalisés à 37°°°°C - Risque de sous-estimer une perturbation de l’hémostase

Troubles de la coagulation

- par inhibition de la cascade de la coagulation (allongement du TP)

Dysfonction plaquettaire

– Activation plaquettaire par le thromboxane A2 est T°C dépendante

– Thrombopénie par sidération médullaire et séquestration

hépatosplénique

Risque néanmoins d’accident thromboembolique

Hypothermie et compHypothermie et compéétence htence héémostatique mostatique

Transfusion

PSL froids

HypothermieHypothermie

Remplissage vasculaire (T°ambiante)

Ambiance froide (BO)

� vitesses réactions

enzymatiques coagulation

Diminution

métabolisme du citrate

(chélateur du calcium)

Altération

Micro-circulatoire

Altération fonction plaquettaire

Effect of hypothermia on coagulation

10

12

14

16

18

Sec

onds

4240383634323028 38363432302830

40

50

60

Temperature (°C)

Temps de prothrombine Temps de thromboplastine partiel activ é

MJ Rohrer & AM Natale - Crit Care Med 1992

Temperature (°C)

From Rand PW, Lacombe E, Hunt HE, Austin WH. Viscosity of normal human blood under normothermic and hypothermic conditions. J

Appl Physiol 1964;19,117-122, as modified by Gordon RJ, Ravin MB, Daicroff GR. Blood rheology. In Cardiovascular physiology for

anaesthesiologists. Sprinfield, Illinois: Charles C Thomas, 1979:27-71

NNéécessitcessitéé dd’’une hune héémodilution ++++modilution ++++

SystSystèème immunitaireme immunitaire

• Diminution chimiotactisme des polynucléaires

• Diminution phagocytose des bactéries

Modifications pharmacologiques Modifications pharmacologiques de lde l’’hypothermiehypothermie

• Complexe car modifications multiples

• Diminution du volume de distribution des médicaments par

réduction de la circulation musculaire et cutanée:

augmentation de leur concentration sanguine

• Diminution filtration glomérulaire

• Diminution filtration hépatique: prodrogues non métabolisées

NS

??

Principe de lPrincipe de l’’ééchangeur changeur thermiquethermique

Sang

Entrée eau chaude ou froide

Sortie eau chaude ou froide

Transfert énergie thermique d’un fluide à un autre (conduction)

A travers une membrane d’échange (aucun mélange +++)

Acier inoxydable ou fibre creuse en polyéthylène ou de polyuréthrane

Générateur thermique (« bloc chaud-froid »)

• Réchauffer ou refroidir le sang du circuit de CEC

• Echangeur thermique

• Plusieurs compartiments indépendants

• Refroidissement : eau froide ou bloc de glace

(alimentation électrique constante+++)

• Procédure de maintenance mensuelle – Vidage complet du générateur

– Comprimé Micropur®

Stockert

RRèègles de bonne pratiques gles de bonne pratiques

• Deux sites de mesures si hypothermie profonde (<28°C)

• Pas de ré-injection artérielle > 37,5°C

• Gradient entre sang veineux et eau échangeur thermique < 10°c

• Gradient de température veineuse et artériel < 2-3 °C

• Gradient de température rectale et oesophagienne < 10°C

• Réchauffement ne doit pas être supérieur à 4°C/20 min (risque

hyperthermie cérébrale, les gaz dissouts dans le sang passent en phase

gazeuse en cas d’augmentation trop importante)