key: cord-007527-0q72cno7
authors: Pham, T.; Richard, J. -C.; Brochard, L.
title: Assistance par circulation extracorporelle veinoveineuse dans le traitement du syndrome de détresse respiratoire aiguë : rationnel et objectifs cliniques
date: 2014-04-01
journal: Reanimation
DOI: 10.1007/s13546-014-0872-2
sha: 
doc_id: 7527
cord_uid: 0q72cno7

Extracorporeal circulation techniques can be used for the management of severe respiratory failure complicating the acute respiratory distress syndrome with three objectives: 1) to ensure satisfying oxygenation by bypassing the sick lung using a veno-venous circulation with high blood flows; this technique easily extracorporeal permit CO(2) elimination; 2) to ensure partial elimination of CO(2) with the aim to protect the lungs from risky mechanical ventilation. Four to five times lower blood flows are sufficient with a veno-venous circulation or pumpless arterio-venous techniques; 3) associated cardiac failure may exceptionally require veno-arterial extracorporeal circulation. Physiological studies and clinical trials are absolutely needed to better delineate the indications of these techniques.

L'assistance respiratoire par circulation extracorporelle (CEC) veinoveineuse dans le traitement du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) répond à un certain nombre d'objectifs qui ont évolué au cours du temps et en fonction des techniques. Dans cette optique, il est important de distinguer brièvement les trois types de techniques qui ont été parfois mélangées sous le terme d'assistance et d'oxygénation extracorporelle ou extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). L'acronyme AREC pour « assistance respiratoire extracorporelle » regroupe aussi ces différentes méthodes. Ces techniques sont des versions simplifiées et améliorées des systèmes de CEC développés pour la chirurgie cardiaque depuis les années 1950 et utilisant le plus souvent une canulation dans l'aorte et les veines caves : • l'assistance par CEC veinoartérielle a pour objectif de soutenir et/ou remplacer une circulation défaillante tout en apportant du sang oxygéné [1] . Elle est posée le plus souvent en percutané, par opposition à la pose centrale telle qu'elle est effectuée en chirurgie cardiaque lors d'une CEC. Elle nécessite des débits relativement élevés (4-5 l/min), une anticoagulation, et court-circuite à la fois les poumons et le coeur en renvoyant le sang oxygéné directement dans la circulation artérielle à contre-courant. En position fémorofémorale et malgré une reperfusion systématique de l'artère fémorale, la canule artérielle a un diamètre limité afin d'éviter l'une des complications principales, l'ischémie fémorale ; c'est le principal paramètre limitant le débit ; • l'assistance par CEC veinoveineuse a pour objectif de soutenir et/ou remplacer une oxygénation pulmonaire défaillante [1] . Afin d'éviter que le débit de sang natif passant par les poumons malades ne reste élevé et rentre en compétition avec l'oxygénation extracorporelle, des canules de gros calibre permettant un débit d'extraction de sang veineux élevé (4-5 l/min) sont nécessaires. Les deux principales limitations à l'obtention des objectifs d'oxygénation sont un débit sanguin insuffisant par rapport à la circulation propre du patient et le phénomène de recirculation : lorsque les extrémités des deux canules insérées dans le système cave sont trop proches, le sang oxygéné réinjecté peut être réaspiré plutôt que de retourner dans la circulation du patient via l'oreillette droite. Ce phénomène est majoré en cas d'hypovolémie et de faible débit cardiaque. Une surveillance échographique est nécessaire afin de régulièrement vérifier la position des canules. L'assistance par CEC veinoveineuse avec une pompe ou artérioveineuse sans pompe (la pression artérielle du patient assurant la circulation) peut avoir pour objectif principal de soutenir et/ou remplacer une élimination de CO 2 pulmonaire insuffisante [1] [2] [3] [4] . Cet objectif peut être en général assez facilement atteint avec des débits sanguins proches de ceux d'une hémofiltration, beaucoup moins importants que l'indication précédente 

Si l'indication principale de la technique semble être d'assurer l'oxygénation, c'est en fait le plus souvent d'assurer cette oxygénation à moindre risque que par une prise en charge traditionnelle. Les possibles indications de la technique dans le SDRA sont résumées dans le Tableau 1. Cette indication apparemment simple pose en fait deux questions essentielles : quelles sont les limites tolérables de l'hypoxémie artérielle et quels sont les risques respectifs des deux types de prise en charge (traditionnelle versus ECMO). On n'a guère avancé sur la première question en termes d'évidence scientifique. À l'inverse, d'une part l'état des connaissances a considérablement évolué sur les risques de la prise en charge traditionnelle par ventilation mécanique, et d'autre part les améliorations technologiques ont permis une réduction des complications. Ainsi, de façon générale, bien que le pronostic des patients les plus graves pris en charge avec une ventilation conventionnelle se soit significativement amélioré, le rapport risque/bénéfice, central dans cette indication, semble avoir un peu évolué en faveur de l'ECMO [5] [6] [7] . De plus, beaucoup de données suggèrent que le pronostic des patients mis en ECMO après une durée prolongée de ventilation est nettement moins bon que celui de ceux chez qui la technique est débutée précocement [8] . Ces données sont difficiles à interpréter, car il existe un biais de sélection évident, mais elles incitent à prendre des décisions rapidement avant que des seuils de sévérité évidents ne soient atteints. Enfin, si les données sur la survie ne sont pas tranchées, l'ECMO ne semble pas avoir d'effets à long terme plus négatifs que la ventilation mécanique traditionnelle [9, 10] . Ce sont donc les complications à court terme qui vont avant tout peser dans la balance.

La première indication est d'assurer une oxygénation défaillante. Cet objectif apparemment intuitif se heurte à plusieurs éléments objectifs qui nous manquent. La limite de l'hypoxémie artérielle tolérable est difficile à déterminer de même que les risques de fraction inspirée d'oxygène (FiO 2 ) élevée. La pente de la courbe de dissociation de l'hémoglobine suggère qu'en dessous de 90 % de saturation artérielle, le contenu en oxygène chute de manière directement et quasi linéairement proportionnelle à la PaO 2 . Mais la survie à des niveaux d'hypoxémie artérielle apparemment très bas est possible. Les limites semblent même repoussées lorsqu'on constate que les PaO 2 artérielles au sommet de l'Everest (en hypoxie hypobare, avec une pression atmosphérique de 272 mmHg) sont inférieures à 25 mmHg et une saturation artérielle proche de 50 % [11] . Il est vrai qu'il s'agit alors de sujets en bonne santé, entraînés et s'étant accoutumés à l'altitude avec des taux d'hémoglobine proches de 20 g/dl, amenant le contenu artériel à un peu moins de 150 ml d'O 2 /l, soit l'équivalent du contenu du sang veineux chez l'adulte. Pour mémoire, un patient de soins intensifs avec un taux d'hémoglobine de 7 g/dl, une PaO 2 de 60 mmHg et une SaO 2 de 90 % a un contenu artériel de 106 ml d'O 2 /l. Comme on le voit, le contenu est souvent ignoré et encore plus le transport en oxygène sous la dépendance du débit cardiaque. Indiscutablement, l'hypoxémie sévère associée à des difficultés ventilatoires majeures a été à l'origine de la « redécouverte » de cette technique à l'occasion des épidémies de SDRA liées au virus H1N1 [6, 12, 13] .

Si l'hypoxémie permissive est donc un concept régulièrement discuté, il n'est pas accepté en pratique clinique, et l'indication d'hypoxémie concernant des PaO 2 inférieures à 60 mmHg et/ou des SaO 2 inférieures à 88-90 % pour des FiO 2 quasi maximales (≥ 80 %) reste très largement admise comme une possible indication d'ECMO. Celle-ci devrait être idéalement adaptée au transport en oxygène (hémoglobine, débit cardiaque) et aux conséquences tissulaires (lactates élevés, ischémie coronaire, insuffisance rénale [14] ). Enfin, il semble que la sévérité de l'hypoxémie dans l'insuffisance respiratoire aiguë soit corrélée à la survenue de dysfonction cérébrale à distance [15] , ce qui tendrait à être prudent sur le degré d'hypoxémie tolérable.

Les recommandations faites par le réseau de recherche REVA au moment de l'épidémie de grippe H1N1 et des [12] . Parallèlement, d'autres données observationnelles suggéraient qu'une stratégie de ventilation conventionnelle limitant le recours à l'ECMO dans cette indication permettait d'obtenir une survie très acceptable chez des malades au SDRA apparemment très sévère [16, 17] . Les résultats cliniques en France ont montré que les cliniciens ont plutôt suivi ces indications avec cependant une probable sous-utilisation du décubitus ventral et un recours plus rapide chez les patients jeunes et les femmes enceintes [13, [18] [19] [20] . Les résultats n'ont pas été aussi favorables que dans les séries d'Océanie. Cela pourrait s'expliquer par une utilisation trop large avec moins de sélection sur l'âge et les comorbidités, voire un manque d'expérience reflété par exemple par le recours dans 13 % des cas aux ECMO veinoartérielles qui ont de nettement moins bons résultats dans cette indication en dehors d'une dysfonction cardiaque sévère associée.

Le projet multicentrique EOLIA (http://clinicaltrials. gov/show/NCT01470703) cherche à tester si l'utilisation de l'ECMO en technique de sauvetage diminue la mortalité. Les indications de la technique dans le bras ECMO sont données dans le Tableau 2. Cette étude, dirigée par le Pr A. Combes, est en cours et devrait apporter des réponses importantes dans les deux prochaines années.

La vision traditionnelle est de considérer qu'une pression de plateau supérieure à 30-32 cmH 2 O est très fortement liée à la survenue de lésions liées à la ventilation et peut donc faire discuter le passage à l'ECMO si la PaCO 2 n'est plus maîtrisée. Sur ce dernier point, les limites de la PaCO 2 tolérables ne sont pas connues et dépendent certainement de la vitesse d'installation d'une hypercapnie. En effet, à la vasodilatation systémique s'oppose une vasoconstriction pulmonaire particulièrement risquée dans les situations de coeur pulmonaire aigu ou même simplement d'hypertension artérielle pulmonaire [21] . Enfin, on a connu un enthousiasme initial sur l'acceptabilité de l'hypercapnie permissive [22, 23] , puis la notion d'une possible hypercapnie thérapeutique [24] [25] [26] [27] . On est aujourd'hui redevenu beaucoup plus prudent, en particulier à cause des effets de l'hypercapnie altérant les fonctions des polynucléaires neutrophiles et favorisant l'infection [27] [28] [29] .

À l'inverse, on est aujourd'hui de plus en plus tenté d'imaginer qu'une technique d'épuration de CO 2 (il existe des systèmes artérioveineux sans pompe ou des systèmes veinoveineux avec pompes) puisse être utilisée pour réduire la demande faite au système respiratoire et les risques de la ventilation mécanique. La limite de pression tolérable est peut-être souvent en dessous des 28-30 cmH 2 O classiques comme suggéré par certaines études [30, 31] [32] . Les résultats n'ont pas montré de différence de survie (environ 16,5 % de mortalité) ou de durée de séjour, mais ont montré la faisabilité de la technique. Ces résultats très préliminaires sont encourageants pour lancer des projets prospectifs multicentriques dans cette indication. Aujourd'hui, l'impossibilité de maintenir des pressions raisonnables (≤ 32, 30 ou 28 cmH 2 O ?) avec une PaCO 2 déjà élevée (≥ 55 mmHg) est acceptée comme un critère de mise possible sous ECMO. Dans l'avenir, la possibilité de délivrer des ventilations ultraprotectrices (PEEP élevée pour maintenir le poumon relativement ouvert et réduire les risques de lésions d'ouverture-fermeture) et un Vt suffisamment petit (≤ 5 ml/kg de poids prédit) pour maintenir des pressions de plateau inférieures à 28 cmH 2 O est une stratégie intéressante, mais dont le bénéfice n'a pas été formellement démontré. Cela doit être modulé par l'état des connaissances qui nous apportent deux éléments importants. Le premier est l'intérêt majeur de la mesure de la pression transpulmonaire afin d'évaluer la réelle pression de distension du poumon sans s'arrêter à la pression de plateau mesurée dans les voies aériennes. Comme l'a suggéré le travail de Grasso et al. [33] , cette mesure doit pouvoir éviter des mises sous ECMO inappropriées. En effet, les patients chez qui la paroi thoracoabdominale influence fortement les pressions statiques des voies aériennes peuvent bénéficier de pressions supplémentaires en restant dans une zone peu à risque de distension. Cette mesure peut également permettre un meilleur réglage de la PEEP, et donc une meilleure oxygénation [34] . Sur 20 malades avec un SDRA répondant aux critères de recours à l'ECMO, ces auteurs montraient que l'augmentation de la PEEP guidée par la mesure de la pression transpulmonaire permettait d'éviter l'ECMO dans 50 % des cas, car une proportion importante des pressions étaient expliquées par la paroi et non par la distension pulmonaire (29) . La seconde réserve dans l'indication de l'ECMO est le bénéfice apporté par le décubitus ventral aux patients atteints d'un SDRA sévère [35] , qui peut faire fréquemment repousser l'indication de cette technique. Tableau 2 Indications de l'ECMO testées dans l'étude EOLIA (ClinicalTrials.gov Identifier : NCT01470703. Promoteur : Assistance publique-Hôpitaux de paris) Un des trois critères de gravité suivants :

1. PaO 2 /FiO 2 < 50 mmHg en FiO 2 > 80 % pendant plus de trois heures malgré optimisation de la ventilation mécanique protectrice (PEEP ≥ 15 cmH 2 O, Vt < 6 ml/kg de poids prédit, Pplat < 30 cmH 2 O) et recours aux thérapeutiques adjonctives habituelles (NO inhalé, décubitus ventral, perfusion d'almitrine) OU 2. PaO 2 /FiO 2 < 80 mmHg en FiO 2 > 80 % pendant plus de six heures malgré optimisation de la ventilation mécanique protectrice (PEEP ≥ 15 cmH 2 O, Vt < 6 ml/kg de poids prédit, Pplat < 30 cmH 2 O) et recours aux thérapeutiques adjonctives habituelles (NO inhalé, décubitus ventral, perfusion d'almitrine) OU 3. pH < 7,25 pendant plus de six heures (malgré augmentation de la FR jusqu'à 35/minute) avec paramètres de ventilation mécanique ajustés pour maintenir une Pplat ≤ 32 cmH 2 O (réduction du Vt à 4 mL/kg par paliers de 1 mL/kg ≤ 5 ml/kg puis de la PEEP à un minimum 

Si l'indication d'une ECMO a été posée dans le cadre d'un SDRA, le ventilateur doit être réglé de façon à minimiser le traumatisme induit par la ventilation mécanique. Comme on l'a vu, le contrôle de la PaCO 2 est obtenu très facilement avec l'ECMO et permet de réduire le Vt, élément clé de la stratégie. Les paramètres suivants sont alors proposés pendant la période initiale d'assistance par ECMO : mode assisté-contrôlé en pression ou en volume, FiO 2 entre 30 et 50 %, PEEP maintenue pour éviter trop de dérecrutement du poumon, Vt réduit afin d'obtenir une pression de plateau inférieure à 25 cmH 2 O et une fréquence respiratoire basse. À ce titre, les données obtenues à partir de la cohorte française d'ECMO lors de l'épidémie de grippe H1N1 sont importantes [13] . Elles suggèrent en effet que le maintien d'une pression de plateau inférieure ou égale à 25 cmH 2 O est un facteur indépendamment associé à un meilleur pronostic. Cela indique d'une part que la protection pulmonaire est un élément majeur de la prise en charge sous ECMO, et d'autre part que cette protection pulmonaire ne peut être réalisée que si l'ECMO est efficace, et vraisemblablement avec des débits sanguins suffisants.

Le maintien d'une ventilation spontanée dans cette période n'est pas impossible, mais n'est pas la règle. Ces patients ont en effet une stimulation des centres respiratoires très importante qui peut rester élevée malgré la baisse de la PaCO 2 sous ECMO et sont d'autre part extrêmement restrictifs et difficiles à ventiler dans ces conditions [36] . On pourra essayer des modes proportionnels ou des modes non synchronisés en se méfiant des volumes courants possiblement élevés qui peuvent être générés. Possiblement, on tentera des modes en pressions non synchronisées en se méfiant des volumes courants qui peuvent être générés, ou des modes proportionnels.

La membrane d'oxygénation et le circuit d'ECMO ne doivent être remplacés que si l'on soupçonne son dysfonctionnement (dépôts de fibrine ou de caillots sur la membrane, caillotage, augmentation du gradient de pression transfiltre, défaut d'oxygénation ou d'épuration du CO 2 par la membrane, hémolyse intravasculaire) ou systématiquement après une à trois semaines de fonctionnement. Des gaz du sang peuvent être prélevés à la sortie de l'oxygénateur en cas de doute sur son fonctionnement. En cas d'hypoxémie (PaO 2 < 200 mmHg) mesurée à la sortie de l'oxygénateur malgré une FiO 2 à 100 %, il est recommandé de changer le circuit [37] .

Le sevrage d'une ECMO veinoveineuse implantée dans le cadre d'une défaillance respiratoire peut être envisagé lorsqu'une amélioration clinique, gazométrique, radiologique et de la compliance pulmonaire est constatée. Ce test de sevrage de l'ECMO doit être envisagé très précocement et quotidiennement, car une prolongation inutile de l'ECMO peut être délétère. Une épreuve de sevrage de l'ECMO peut être réalisée en arrêtant la ventilation de la membrane et en ajustant la FiO 2 de l'ECMO à 21 % et le débit d'assistance à 2-2,5 l/min. Parallèlement, les réglages du ventilateur doivent être réadaptés selon un mode conventionnel. En cas d'épreuve de sevrage prolongée, l'oxygénateur à membrane sera balayé par l'admission de mélange gazeux à fort débit toutes les heures pendant 30 secondes. Le retrait de l'ECMO peut être envisagé en fonction de la PaO 2 avec une FiO 2 sur le respirateur inférieure à 60 %, de la pression plateau, de la PaCO 2 , du pH artériel et s'il n'apparaît pas de signes de coeur pulmonaire aigu à l'échographie cardiaque (Tableau 2).

Les techniques d'oxygénation par CEC ou ECMO se sont améliorées et miniaturisées, et nécessitent aujourd'hui moins d'anticoagulation exposant les patients à un risque de complication hémorragique moindre. Elles permettent de réoxygéner le sang en cas de défaillance respiratoire sévère, à condition de fonctionner avec un débit sanguin élevé nécessitant des canules de fort calibre. Leur autre intérêt majeur est de permettre une ventilation résiduelle beaucoup moins agressive et protégeant le poumon. Dans cette optique, une canulation adéquate et un circuit veinoveineux sont recommandés. Si la technique semble intéressante à titre de sauvetage, l'amélioration de la prise en charge par ventilation mécanique et techniques adjuvantes a permis d'améliorer la mortalité, remettant perpétuellement en balance les bénéfices/risques des deux techniques. La facilité avec laquelle cette technique peut participer à l'élimination de CO 2 en fait également un outil très attractif en vue de réduire les risques de la ventilation. Les indications pourraient être potentiellement nettement plus larges que l'hypoxémie réfractaire, en particulier parce que les débits sanguins nécessaires nettement plus faibles rendent la technique potentiellement plus simple à utiliser. Là non plus, cependant, nous ne disposons pas de preuves d'un bénéfice/ risque clairement en faveur des techniques. Dans tous les cas, des études physiologiques et des essais contrôlés paraissent indispensables pour avancer dans les indications. 

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