Par rapport aux machines historiques, les systèmes actuels sont à la fois plus sûrs et plus sophistiqués, mais ils contiennent toujours les mêmes éléments:
- Un réservoir veineux;
- Un oxygénateur;
- Un échangeur de chaleur;
- Une pompe;
- Un filtre.
Leur but est triple: maintenir la perfusion systémique, assurer les échanges gazeux pour l'O2 et le CO2, et régler la température. Le sang est capté du côté veineux systémique et renvoyé dans l'aorte ou dans une grande artère une fois oxygéné; la circulation pulmonaire est court-circuitée. Tout le matériel en contact direct avec le sang est à usage unique (tuyaux, réservoir, oxygénateur, etc). Le débit théorique assuré est de 2.0 à 2.5 L/min/m2 (70 mL/kg/min) (routine: 2.4 L/min/m2). La pression artérielle est en général maintenue entre 60 et 90 mmHg (voir Hémodynamique).
Le montage général du circuit de CEC est bien standardisé. La partie principale est constituée de 5 éléments qui se succèdent dans l'ordre suivant (Figure 7.2) [2].
Figure 7.2 : Représentations schématiques d'un circuit de CEC. A : avec un oxygénateur à membrane; celui-ci présentant une certaine résistance, il est placé après la pompe. B : avec un oxygénateur à bulles; celui-ci présentant peu de résistance, il est placé entre le réservoir veineux et la pompe. 1: canule de drainage veineux. 2: réservoir veineux. 3: pompe principale. 4: oxygénateur. 5: échangeur de chaleur. 6: filtre et canule artérielle.
- Une large canule veineuse conduisant depuis l'OD à un réservoir veineux dans lequel le sang se draine par gravité.
- Une pompe principale, le plus souvent à galet; cette pompe est placée entre le réservoir veineux et l'oxygénateur à membrane. A l’époque des oxygénateurs à bulle, elle était placée après ce dernier.
- Un oxygénateur, auquel peut être associé un évaporateur d'halogéné (le plus souvent isoflurane ou sevoflurane) et un débitmètre air-oxygène (blender) dont la FiO2 règle la PaO2, et le débit de gaz frais la PaCO2.
- Un échangeur de chaleur; il est couplé à l'oxygénateur et au réservoir veineux pour en faire un seul bloc à usage unique.
- Un circuit artériel ramenant le sang oxygéné dans l'aorte ou dans une artère périphérique (fémorale, sous-clavière droite).
Le circuit est complété par plusieurs éléments (Figure 7.3).
Figure 7.3 : Représentation synthétique d'un circuit complet de CEC avec tous ses éléments. En rouge : circuit du sang. En vert : circuit de l’eau et de l’échangeur thermique. En jaune : circuit des gaz frais. Blender : mélangeur O2/air. X : court-ciruit clampé. T: mesures de température (adapté de Gravlee GP, ed. Cardiopulmonary bypass: principles and practice, 2nd edition. Philadelphia : Lippincott, Williams & Wilkins, 2000, p 70).
- Un filtre artériel qui capte les particules dont la taille est supérieure à 40 microns et joue le rôle de piège à bulles.
- Deux circuits d'aspiration: aspiration "droite" pour le sang aspiré dans le champ opératoire, "gauche" pour le sang aspiré dans la circulation gauche; ils peuvent être complétés par une aspiration de cardiotomie; ils sont drainés dans un réservoir de cardiotomie.
- Un circuit de cardioplégie avec pompe et échangeur thermique dédiés.
- Un système de contrôle de la pression dans le circuit artériel qui asservit le débit de la pompe maîtresse au-delà d'une limite fixée par le perfusionniste.
- Un système de contrôle en ligne de la saturation en oxygène du sang veineux (SvO2) et du sang artériel; la SaO2 mesurée à la sortie de l'oxygénateur contrôle ce dernier, mais non le patient.
- Un système de contrôle du niveau du liquide dans le réservoir veineux qui asservit le débit de la pompe maîtresse en deçà d'une limite fixée par le perfusionniste.
- Un système de contrôle de la présence de bulles dans le circuit veineux et artériel.
- Un système de mesure de la température veineuse et artérielle, respectivement à l'entrée et à la sortie du bloc oxygénateur-échangeur thermique.
Faire circuler le sang dans cette tuyauterie complexe implique de l'anticoaguler, sans quoi la thrombose est immédiate. On administre donc de l'héparine à raison de 300-400 UI/kg pour obtenir un ACT > 450 secondes. Deux matériaux différents sont utilisés pour les tuyaux: le polychlorure de vinyle (PVC) et les silicones. Le PVC, transparent, rejette peu de particules mais présente une tenue limitée à la traction et à l'étirement. Le silicone respecte mieux la déformabilité des globules rouges et diminue l'agrégation plaquettaire, mais libère facilement des particules. Comme les surfaces étrangères et le contact avec l'air sont les sources principales des altérations de la coagulation, de l'hémolyse et du syndrome inflammatoire systémique post-pompe (voir Syndrome inflammatoire systémique), la recherche autour des améliorations possibles des circuits de CEC est très active. On suit actuellement trois pistes principales [1].
- Circuits préhéparinés: l'adhésion sélective de protéines plasmatiques sur la surface étrangère conduit à la création d'un film moléculaire qui empèche la progression de la cascale de coagulation. L'adhésivité plaquettaire est réduite, de même que l'activation du complément et l'adsorption des facteurs de coagulation. Bien que cela présente un certain risque, on peut diminuer l’ACT requis à 300-350 sec, mais le sang ne peut pas stagner dans le circuit, car le risque de voir se former des thrombi dans le réservoir ou l’oxygénateur est élevé. Il faut donc maintenir la circulation dans la CEC au moyen d’un court-circuit entre la canule artérielle et la canule veineuse.
- Circuits rendus biocompatibles par imprégnation de polymères (poly-2-méthoxy-éthyl-acrylate, phosphorylcholine, siloxane) ou de molécules anti-inflammatoires (facteur H inhibant le complément C3a, phospholipides de la membrane plaquettaire). Ces substances freinent la cascade du complément et l'activation leucocytaire.
- Réduction de la longueur de la tuyauterie et miniaturisation de tout le dispositif.
Ces améliorations tendent à diminuer l’activation du système coagulatoire et inflammatoire, à minorer les lésions plaquettaires et à réduire le taux de transfusion. Elles ont un impact sur les complications postopératoires dans les cas à haut risque, mais ont peu ou pas d'influence pour les interventions standards chez des patients à risque faible [3,4,5]. Vu l'augmentation de prix des circuits, ces modifications ne présentent pas forcément un rapport coût / bénéfice favorable à leur utilisation de routine.
La cascade coagulatoire et le syndrome inflammatoire systémique sont déclenchés par les tissus cruentés (plaie opératoire), par les surfaces étrangères (circuits de CEC), et surtout par le contact avec l’air. Pour ces raisons, les améliorations technologiques actuelles visent trois points particuliers :
- Suppression du contact avec l’air par l’abolition du résevoir veineux ouvert;
- Réduction de la surface de contact en miniaturisant les circuits (voir Mini-CEC);
- Lavage du sang aspiré dans le champ opératoire (CellSaver™ en circuit clos) avant d'être retourné dans le circuit.
D’autre part, le remplissage du circuit avec le sang du malade (autologous prime) par voie antérograde (canule veineuse) ou rétrograde (canule artérielle) minimise l’hémodilution et réduit le besoin en transfusion (voir Amorçage).
En CEC, l'hémodynamique est principalement maintenue par le débit de la pompe maîtresse dont le perfusionniste a la responsabilité et le contrôle. Après le stress de l'induction, cette période est un moment de moindre concentration pour l'anesthésiste, voir l’occasion de disparaître dans son bureau ou à la cafétéria du bloc opératoire ! Le temps de la CEC est pourtant une période d'étroite collaboration avec le chirurgien et le perfusionniste. Une communication permanente entre les trois est indispensable au bon déroulement de l'intervention.
| Schéma général de la CEC |
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La machine de CEC comprend les éléments suivants, dans le sens de circulation du sang :
- Canule veineuse
- Aspirations
- Réservoir veineux, (avec filtre), réservoir de cardiotomie
- Pompe principale
- Oxygénateur (avec mélangeur de gaz O2/air et évaporateur halogéné)
- Echangeur thermique
- Canule artérielle (avec filtre et piège à bulles)
- Circuit de cardioplégie
Surveillance : pression dans la canule artérielle, débit de pompe, débit de gaz, SvO2, SaO2 (contrôle de l'oxygénateur), niveau du réservoir veineux, détecteurs de bulles, températures artérielle et veineuse.
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© CHASSOT PG, GRONCHI F, Avril 2008, dernière mise à jour Avril 2018
Références
- GUIBAUD JP, OUEDRAOGO N, JANVIER G. Traitements de surface des matériels hémocompatibles pour le CEC. . In: JANVIER G, LEHOT JJ (ed). Circulation extracorporelle: principes et pratique, 2ème édition. Paris, Arnette Groupe Liaison SA, 2004, pp 109-12
- ISETTA C, CADUSSEAU JL. Circuits de circulation extracorporelle: matériels réutilisables, matériels à usage unique. In: JANVIER G, LEHOT JJ (ed). Circulation extracorporelle: principes et pratique, 2ème édition. Paris, Arnette Groupe Liaison SA, 2004, 59-86
- MANGOUSH O, PURKAYASTHA S, HAJ-YAHIA S, et al. Heparin-bonded circuits versus nonheparin-bonded circuits: an evaluation of their effect on clinical outcomes. Eur J Cardiothorac Surg 2007; 31:1058-69
- MURPHY GS, HESSEL EA, GROOM RC. Optimal perfusion during cardiopulmonary bypass: an evidence-based approach. Anesth Analg 2009; 108:1394-417
- SNIECINSKI RM, CHANDLER WL. Activation of the hemostatic system during cardiopulmonary bypass. Anesth Analg 2011; 113:1319-33