Le terme d'oxygénateur est un peu restrictif, car l'appareil a trois fonctions: il transfert l'O2 de la source externe dans le sang, il élimine le CO2 en fonction du débit de gaz frais, et il permet d'introduire un gaz d'anesthésie par un vaporisateur. Il en existe deux types.
- Oxygénateurs à membrane: une fine membrane semi-perméable microporeuse (pores de 0.3-0.8 microns, épaisseur 80-150 microns) de grande surface totale (1.8-2.5 m2) sépare le sang des gaz. Faite de polypropylène (tubes), de silicone (plaques) ou de Teflon, elle est arrangée en tubules à l'intérieur d'une boîte (Figure 7.6).
Figure 7.6 : L'oxygénateur de CEC. Il est en général couplé au réservoir veineux et à l'échangeur thermique par le fabriquant. A: corps de l'oxygénateur contenant les microfibres pour les échanges gazeux. B: sang veineux en provenance du réservoir via la pompe. C: sang artériel sortant de l'oxygénateur. D: arrivée des gaz (avec filtre micropore). E: échangeur thermique. F: tuyaux pour la circulation de l'eau de refroidissement / réchauffement.
Dans les premiers systèmes, le mélange de gaz parcourait l’extérieur de ces microfibres et le sang circulait à l’intérieur. Dans les systèmes actuels, le sang est à l’extérieur et les gaz frais à l’intérieur des microfibres. Le sang n'est en contact avec le gaz que lorsque la CEC démarre, car les micropores sont rapidement recouverts d'une fine couche protéique qui sépare les deux éléments [1]; il y a donc beaucoup moins de traumatisme aux éléments figurés et aux protéines. Après 6 heures d'utilisation, le plasma s'infiltre dans les micropores et limite les échanges. Ces très fins tubules opposent davantage de résistance au flux sanguin, et les oxygénateurs à membrane doivent être installés après la pompe principale du circuit (voir Figure 7.2A). Actuellement, les oxygénateurs à fibres creuses représentent la quasi-totalité du marché.
- Oxygénateurs à bulles: techniquement simples et bon marché, ils consistent à faire barboter de l'oxygène pur dans le sang et à le débuller ensuite. Plus petites et plus nombreuses sont les bulles, plus grande est la surface de contact gaz-sang; le débullage est effectué par une éponge de polyuréthane dont les fibres sont recouvertes d'anti-mousse à base de silicone; un filtre avec piège à bulles complète le système (voir Figure 1.2) . La capacité d'oxygénation est supérieure à celle d'élimination du CO2. Ce type d'oxygénateur offre peu de résistance au flux et peut être placé avant la pompe principale (voir Figure 7.2B). Les problèmes majeurs de ces oxygénateurs sont le risque embolique et le traumatisme imposé aux éléments figurés et aux protéines du sang, aboutissant à une hémolyse, une dysfonction plaquettaire, une perte de facteurs de coagulation et une réaction inflammatoire puissante. La durée limite de leur utilisation est 2 heures. Ils ne sont plus utilisés.
Le transfert d'O2, distribué par un mélangeur O2/air (blender), est fonction de la FiO2, de la surface et du temps de contact entre le sang et le gaz. L'élimination de CO2 est fonction du débit de gaz frais administré dans le système. Il faut veiller à ce que la pression du circuit sanguin reste supérieure à celle du circuit des gaz. La FiO2 de l'oxygénateur est réglée pour maintenir une PaO2 d'environ 150 mmHg, et le débit de gaz frais pour obtenir une PaCO2 de 35-40 mmHg (voir Hypothermie et équilibre acido-basique)). Certains systèmes ont un asservissement automatique de débit de gaz frais (O2/air) à la PaO2 du patient.
Les gaz le plus souvent utilisés dans le vaporisateur sont l'isoflurane et le sevoflurane. Ils permettent le maintien de l'anesthésie pendant la CEC (Fi 0.5-2.5%). L’effet vasodilatateur artériel de l’isoflurane à plus haute concentration (3-5%) en fait un agent efficace pour régler les poussées hypertensives couramment rencontrées lors du refroidissement. L'incorporation d'un vaporisateur pour halogénés sur le circuit de CEC pose cependant quelques problèmes [2].
- Sous forme liquide, les halogénés détruisent certains composants en polypropylène utilisés dans les circuits de CEC; il faut donc les manipuler avec beaucoup de précaution et placer le vaporisateur loin de l'oxygénateur et du filtre artériel, en contre-bas du circuit de CEC (Figure 7.7).
Figure 7.7 : Le mélangeur de gaz (blender) (A) et le vaporisateur d'isoflurane (B). Le vaporisateur se trouve en-dehors et en contre-bas des circuits de la CEC, car les halogénés liquides sont corrosifs pour les plastiques.
- Alors qu'il est est libre à travers les membranes de polypropylène, le passage des halogénés est bloqué par les membranes en polyméthylpentène; plus performantes pour la longue durée, ces dernières sont utilisées essentiellement dans les circuits d'assistance comme l'ECMO.
- L'orifice de sortie des gaz de l'oxygénateur est à l'air libre; sans un système adéquat d'évacuation, l'halogéné peut ainsi polluer la salle d'opération (quantité maximale tolérée: 2 ppm).
- Plusieurs fabricants ne mentionnent pas la possibilité d'inclure un vaporisateur dans leur circuit de CEC, ce qui laisse planer un doute sur la légalité de ce montage (non autorisé en France et en Allemagne).
Les oxygénateurs classiques ont une surface largement supérieure aux besoins standards, ce qui permet de tolérer une hémodilution importante, mais qui expose le sang à un excès de membrane de 1-1.5 m2. Dans les mini-circuits de CEC (voir Mini-CEC), ce gaspillage est supprimé, mais la surface de contact air-sang réduite oblige à maintenir l’Hb à un niveau 10% supérieur.
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Les oxygénateurs actuels sont faits de membranes poreuses tubulaires au sein desquelles circule le sang, l’air étant à l’intérieur et le sang à l'extérieur des fibres. Leur surface d’échange est de 1.8-2.5 m2. La FiO2 règle la PaO2, et le débit de gaz frais la PaCO2.
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© CHASSOT PG, GRONCHI F, Avril 2008, dernière mise à jour Avril 2018
Références
- DAVIS RF, THOMPSON J. Technology, pathophysiology and pharmacology of cardiopulmonary bypass. In: THYS DM, et al Eds. Textbook of cardiothoracic anesthesiology. New York, McGraw-Hill Co, 2001,354-75
- NETO CN, LANDONI G, VASSARA L, et al. Use of volatile anesthetics during cardiopulmonary bypass: a systematic review of adverse events. J Cardiothorac Vasc Anesth 2014; 28:84-9