7.3.8 Fonction cérébrale

 

La chirurgie cardiaque est malheureusement grevée d’un risque neurologique majeur, longtemps attribué à la seule CEC. Les troubles neurologiques postopératoires sont habituellement classés en deux catégories.

 

Leur prévalence varie beaucoup en fonction de la manière dont on les identifie : status clinique, tests neuro-psychologiques, IRM fonctionnelle, présence ou non de groupe contrôle dans les études d’incidence (voir Chapitre 23 Complications neurologiques et Facteurs de risque). 

 

L'incidence des lésions neurologiques de type I est de 1-5% (moyenne 2%), allant de 1.6% lors de pontage aorto-coronariens simple, à 3-6% lors de remplacement valvulaire aortique et jusqu'à 17% en cas de chirurgie coronarienne et carotidienne combinée [64,73]. Leur mortalité est de 21%. Les dysfonctions neuro-psychologiques sont beaucoup plus fréquentes (1-34%), mais elles sont réversibles dans 80% des cas [9,54]. La grande variabilité dans l'incidence des séquelles de type II vient de la nature et de la disparité des tests utilisés et de leur sensibilité très variable. 

 

Les facteurs de risque majeurs pour les complications neurologiques de type I sont sont les facteurs associés au patient : athéromatose de l'aorte ascendante, anamnèse d'AVC, sténose carotidienne, vasculopathie périphérique, diabète, hypertension artérielle et âge avancé (> 75 ans) [53,55]. L'incidence des séquelles neurologiques passe de 0.9% en dessous de 65 ans à 9% au-dessus de 75 ans [82]. Les lésions de type I sont liées à des micro- et macro-embolisations cérébrales, qui sont directement proportionnelles aux manipulations de l'aorte et aux aspirations de cardiotomie (Figure 7.26) [21,22,36]. 

Figure 7.26 : Fréquence des embolies cérébrales diagnostiquées par Doppler transcrânien au cours de la CEC. On voit que la moitié survient lors des diverses manipulations de l'aorte. L'autre moitié est distribuée au hasard pendant toute la durée de la pompe, sans être associée à aucun évènement chirurgical [75].

 

Cependant, on n’a jamais démontré une relation claire entre l'importance de ces embols au Doppler transcrânien et la détérioration du status neurologique. Ils sont jusqu’à 6 fois moins nombreux lors de chirurgie à cœur battant, sans que cela ne modifie significativement les troubles neurologiques postopératoires, sauf chez les patients avec des antécédants d'AVC qui ont un meilleur pronostic avec l'OPCAB [1,7,46,48]. 

 

Les lésions de type II sont secondaires à plusieurs phénomènes : hypoperfusion cérébrale globale, anémie, micro-embolisation, œdème cérébral, hyperthermie et réaction inflammatoire [33]. Les dysfonctions cognitives sont davantage déterminées par la composition des microembolies que par leur nombre, à cause des variations dans l’intensité de la réaction inflammatoire induite localement selon la nature de l’embolie (air, lipide, microparticule, etc) [36]. Mais ces altérations cognitives relèvent aussi d’un lent déclin psychique lié à l’âge et à la maladie cérébrovasculaire (vasculopathie, diabète); elles sont essentiellement liées à la pathologie préexistante, souvent infraclinique, et au syndrome de stress post-traumatique mal supporté par les personnes âgées ou fragiles [9,35].

 

On a souvent désigné la CEC comme la principale coupable des séquelles neurologiques, parce que les manipulations qui lui sont associées sont responsables d’une partie des embolisations cérébrales et des dysfonctions cognitives. Cependant, l'expérience des coeurs battant (OPCAB : off-pump coronary artery bypass) a montré que l'absence de CEC ne réduit pas ces complications à zéro. On s'attend à ce que l'absence de clampage aortique et de jet par la canule de CEC diminue l'incidence des embols de matériel athéromateux: le nombre total d'évènements emboliques est effectivement abaissé au Doppler transcrânien [12,48]. Mais il n'y a pas de différence significative sur le taux d'AVC dans les méta-analyses comparant la chirurgie cardiaque avec et sans CEC [17,61]. Une diminution des AVC cliniques n'a été retrouvée que dans des études non randomisées, chez des octogénaires, ou chez des patients avec une aorte athéromateuse [24,72,90]. L'incidence des lésions de type I au cours de la chirurgie coronarienne à coeur battant reste d'environ 2% [18]. Dans les cas d'athéromatose étendue de l'aorte ascendante, l'OPCAB évite le clampage de l'aorte et diminue probablement les risques d'AVC emboliques, mais seule l'absence totale de manipulation de l'aorte, en procédant à des greffons entièrement artériels, peut vraiment diminuer l'incidence d'ictus [15].

 

Les troubles neuropsychologiques cognitifs ne sont pas non plus liés exclusivement à la CEC, puisque son absence ne les réduit pas: l'incidence des lésions de type II est inchangée lors de pontages à cœur battant [42,49,83]. Elle n’est atténuée après OPCAB que chez les malades à risque neurologique élevé, mais non chez les patients sans facteurs de risque particulier [83,84]. 

 

 

Le status neurologique postopératoire est dépendant de la pression de perfusion en pompe en-dehors d’une certaine zone moyenne (50-80 mmHg) au sein de laquelle le niveau de la PAM ne fait pas de différence. Par exemple, une étude clinique randomisée a clairement démontré que les résultats neuro-cognitifs sont meilleurs lorsque la PAM est de 80-100 mmHg plutôt que 50-60 mmHg [31]. A pression moyenne basse et en pH-stat, le taux d'embolies cérébrales a tendance à augmenter parce qu'une plus grande proportion du flux sanguin est dirigé vers le cerveau à cause de la vasodilatation hypercapnique [78]. Toutefois, le maintien de l'autorégulation cérébrale jusqu'à 40 mmHg de pression moyenne en hypothermie modérée (28°) et normocapnie (alpha-stat) fait que les caractéristiques de pression et de flux pendant la CEC ont relativement peu d'influence sur le devenir des patients lorsqu'il s'agit de malades sans risques neurologiques particuliers [4]. Certaines circonstances suppriment l'autorégulation et rendent le flux cérébral totalement pression-dépendant: ce sont l'hypothermie profonde (< 25°C), les heures qui suivent un arrêt circulatoire total hypothermique, le diabète, et la présence d'un ancien AVC [73]. D'autre part, 20% des patients ont une autorégulation perturbée en CEC, particulièrement pendant le réchauffement, ce qui rend leur oxygénation cérébrale pression-dépendante [58]. Chez les personnes âgées, la rigidité de l’arbre vasculaire augmente la pression différentielle (pression pulsée = PAs – PAd), accroît le stress vasculaire cérébral et réduit la plage d’autorégulation (voir Chapitre 5 Couplage ventriculo-artériel). La valeur de la pression pulsée est un prédicteur indépendant d’AVC après chirurgie cardiaque [8]. 

 

Bien que le débit soit en général prioritaire par rapport à la pression, il semble qu'une pression élevée (> 60 mmHg) associée à un débit faible (< 1.2 L/m²) soit moins délétère du point de vue neurologique qu'une basse pression (< 30 mmHg) accompagnée d'un haut débit (> 2 L/m²) [19]. Idéalement, la PAM devrait être située entre 50 et 90 mmHg, de manière proportionnelle à l’âge du patient (PAM = âge). Elle doit en tous les cas rester au-dessus de la valeur-plancher de la zone d'autorégulation (voir Hémodynamique). Malheureusement, celle-ci varie entre 40 et 80 mmHg (moyenne 66 mmHg) selon les individus et les circonstances [13,41]. Une valeur de 75 mmHg est probablement optimale pour 80% des patients. La saturométrie cérébrale (ScO₂, voir ci-dessous) offre une possibilité d'accès à cette donnée et permet d'adpter la PAM aux besoins cérébraux de l'individu.

 

Outre une gestion optimale de l'apport d'O₂ au cerveau par l'adéquation de la pression artérielle, du flux sanguin et de l'hématocrite, l'anesthésiste peut influencer l'incidence des complications neurologiques par le choix des médicaments qu'il utilise, parce que les halogénés et la dexmédétomidine ont des effets neuroprotecteurs, contrairement au propofol [9]. Les statines et les stéroïdes ne réduisent pas significativement les séquelles neuro-cognitives [44,88].

 

La manière de gérer la CEC a une influence modeste sur les résultats neurologiques. La régulation de l'équilibre acido-basique selon mode alpha-stat, qui préserve l'autorégulation cérébrale (donc une certaine vasoconstriction) et maintient l'apport d'oxygène à basse pression de perfusion (PAM de 45 mmHg), offre de meilleurs résultats que le système pH-stat, qui maintient une vasodilatation par hypercarbie relative et favorise les embolisations [60,77]. Les lésions de type II sont moins fréquentes en mode alpha-stat (incidence de 27%) qu'en mode pH-stat (incidence de 44%) [54]. Le flux sanguin cérébral est diminué de moitié en alpha-stat à 28°, et les défaillances neurologiques sont également réduites de moitié lorsque la durée de la CEC excède 90 minutes [75]. Le mode pH-stat n'a probablement un sens que lors du refroidissement et du réchauffement des cas opérés en hypothermie profonde (< 20°) et arrêt circulatoire complet, parce que la vasodilatation cérébrale assure alors une meilleure homogénéité de la température dans le cerveau [3,38].

 

L'hypothermie offre une certaine protection puisqu'elle diminue le métabolisme cérébral et les effets de la réaction inflammatoire systémique (voir Chapitre 24 Effets cérébraux de l’hypothermie) [86]. On a pu démontrer une baisse du taux d'AVC en hypothermie (1.5% à < 28°C) par rapport à la normothermie (4.5% à > 35°C), mais la limite de la protection possible offerte par l'hypothermie tient à la prédominance des évènements emboliques dans la genèse des séquelles neurologiques. De plus, l'influence de la température sur les lésions de type II reste très controversée. Le problème majeur survient au réchauffement, parce que le cerveau devient transitoirement hypertherme (38-39°) [10]. Cet effet rebond est d'autant plus prononcé que le réchauffement est plus rapide; il aggrave profondément la susceptibilité des neurones à l'ischémie et agrandit l'étendue des lésions focales [40,54]. Les séquelles neurologiques sont d'ailleurs proportionnelles à la chute de la saturation veineuse jugulaire pendant le réchauffement [20]. Les altérations neuropsychologiques de type II diminuent lorsque le réchauffement est plus lent [32]. La vitesse de réchauffement ne devrait donc pas dépasser 1°C par 5 minutes, ni le gradient de température artère – oesophage la valeur de 2-3°C [11]. La température du sang ne doit pas être supérieure à 37°C [71]. En clinique, la température cérébrale est mesurée par la température tympanique ou par la température rhino-pharyngée en appuyant la sonde nasale contre les cellules ethmoïdales.

 

L'hématocrite est sans relation avec le status neurologique postopératoire chez le jeune adulte, pour autant que l'Hb reste supérieure à 50 g/L [85]. Chez les personnes âgées, les troubles cognitifs après pontages aorto-coronariens sont plus importants lorsque l’Ht minimal est 15-17% que lorsqu’il est > 25% [23]. Chez les enfants, la comparaison entre un Ht bas (21%) ou élevé (28%) en CEC démontre que le score neurologique et développemental mental sont nettement supérieurs dans le deuxième cas [39]. L'utilisation de circuits de CEC miniaturisés (MECC: minimal extracorporeal circuit) réduit la quantité de liquide d'amorçage, diminue le contact du sang avec les surfaces étrangères et supprime le réservoir veineux (contact du sang avec l'air). De ce fait, l'hémodilution et la réaction inflammatoire  sont moindres; l'incidence des troubles cognitifs est abaissée [9,71]. Certaines substances comme l'aprotinine ou les stéroïdes ont un effet inhibiteur sur l'activation leucocytaire et sur la libération de kallikréine; elles tendent à diminuer l'incidence des séquelles neurologiques [26,52].

Les séquelles neurologiques semblent échapper à tout contrôle. Quelques points dans la gestion de la CEC permettent toutefois d'en diminuer la probabilité.
 

 

Face à l'importance du problème, on cherche à mettre en oeuvre tous les moyens possibles qui puissent diminuer la fréquence et l'importance des séquelles neurologiques. Mais la situation est ambivalente. En effet, si l'hypoperfusion est la cause principale des troubles neurologiques, il faut maintenir un haut débit et une haute pression en CEC, alors que si l'embolie est le facteur primordial, il faut au contraire diminuer le flux sanguin au cerveau [75]. D'autre part, les différentes techniques ont peu d'effet sur les troubles neurologiques, hormis l'absence totale de manipulation de l'aorte ascendante lorsqu'elle est fortement athéromateuse.

 

 

 

Protection cérébrale

 

Le but de la protection cérébrale est de réduire les sources de lésions comme l’embolie et l’hypoperfusion, et d’augmenter la tolérance aux agressions comme l’ischémie et l’inflammation. Il n’existe malheureusement pas de recette magique à cet effet. Hormis la baisse du métabolisme par l’hypothermie et le maintien d’une perfusion équilibrée, on ne dispose d’aucun moyen clairement efficace pour améliorer le pronostic neurologique. Par contre, il existe toute une série de mesures qui tendent à diminuer les facteurs de risque et à augmenter la marge de sécurité. La protection cérébrale porte donc sur plusieurs domaines (pour davantage de détails, voir Chapitre 24 Protection cérébrale en chirurgie cardiaque et Protection en cas d’arrêt circulatoire).

 

Lors d’un arrêt circulatoire en CEC, plusieurs mesures permettent de limiter les dégats cérébraux (voir Chapitre 18 Protection cérébrale) [79].

 

En résumé, les séquelles neurologiques (type I) sont liées en premier lieu à la charge embolique, alors que l'hypotension joue un rôle plus modeste chez l'adulte (un quart des cas) et agit préférentiellement sur les troubles cognitifs (type II). La CEC y contribue certainement, mais elle n'en est qu'un facteur causal parmi de nombreux autres, comme le prouve la comparaison avec les opérations réalisées à coeur battant. La manipulation d'une aorte ascendante athéromateuse est probablement le geste le plus dangereux. Si les résultats des études de suivi sont peu discriminants, c'est entre autre parce que les déficits neurologiques préopératoires sont mal investigués et que les courbes d'attrition de la fonction cérébrale des populations de contrôle n'existent souvent pas. Hormis les recommandations de bon sens pour maintenir un apport d'O₂ normal, force est de constater que le degré d'évidence des mesures possiblement neuroprotectrices est très faible [36].

 

 

 

 

La question majeure est évidemment celle du diagnostic: comment évaluer le moment où le cerveau est en danger au cours d'une CEC ? Plusieurs techniques sont envisageables [30]: EEG, potentiels évoqués, BIS™, Doppler transcrânien, saturation veineuse jugulaire et spectroscopie proche de l'infrarouge (NIRS).

 

L'EEG ne reflète que l'activité corticale globale. Des altérations à l'EEG sont visibles lorsque le flux sanguin cérébral a diminué de moitié; l'EEG est isoélectrique pour un flux sanguin de 15-20 mL/100g/min (valeur normale: 50 mL/100g/min). Une ischémie focale peut échapper à cette surveillance. Le système à 16 ou 20 canaux, encombrant et difficile à interpréter, est en général remplacé par un moniteur de fonction cérébral de type CSA (Compressed Spectral Array), qui affiche une analyse spectrale des ondes et ne nécessite que quatre électrodes (voir Figure 19.5). L’EEG est surtout utile pour déterminer le niveau de refroidissement cérébral avant un arrêt circulatoire; l’interruption de la perfusion doit survenir 5-10 minutes après l’obtention du silence électrique [36].

 

Les potentiels évoqués auditifs (PEA);  la réponse auditive du tronc cérébral reflète l'activité neuronale entre le noyau cochléaire et le colliculus inférieur; elle n'est pas modifiée par les agents d'anesthésie, mais varie directement avec la température. Elle est un excellent moyen de surveiller le degré d'inhibition neuronale par l'hypothermie, mais le système est complexe et demande la présence d'un technicien spécialisé [65]. 

 

L'index bispectral (BIS™) analyse 4 variables d'un tracé EEG bipolaire (amplitude, fréquence, composition et cohérence de phase); un algorithme le transforme en un nombre compris entre 0 (sommeil profond) et 100 (éveil). Ce nombre décrit la profondeur de l'anesthésie, mais non le fonctionnement neuronal [62]. La réponse dépend du type d'anesthésie; avec le propofol ou les halogénés, la valeur du BIS prédit adéquatement la réponse au stimulus chirurgical, mais les opiacés ne montrent aucune relation dose-effet [69]. L'hypothermie (28-30°C) est responsable d'une chute de la valeur du BIS, même lorsque la concentration d'halogéné reste stable [37]. Une valeur > 80 est fréquente pendant le réchauffement [2]. Toutefois, les protocoles basés sur le BIS ne se sont pas révélés supérieurs à ceux basés sur la concentration expiratoire d’halogéné pour prévenir l’éveil peropératoire; le BIS ne permet ni de modifier la concentration de gaz halogéné ni de diminuer l’incidence de réveil en cours d’intervention [5]. Son efficacité est donc incertaine [81]. L'expérience clinique révèle un effondrement du BIS (valeur 10-15) lors d'épisodes de souffrance cérébrale ou d’instabilité hémodynamique sévère, mais cette concordance n'en fait pas pour autant un signe d'alarme puisqu'il survient en conséquence de l'état de choc cardiocirculatoire [29,87].  

 

Le Doppler transcrânien (DTC) permet de mesurer le flux sanguin dans une grande artère, en général la cérébrale moyenne et permet d'y calculer le flux, mais l’appareillage est encombrant, instable, et non fiable chez environ 25% des malades [30]. Un Doppler ne mesure que la vélocité des hématies, non leur nombre; ainsi l'hémodilution, qui accélère le flux, peut faire croire à une augmentation de l'apport d'oxygène, alors qu'elle a diminué. Son utilisation comme monitorage suppose que la vélocité du flux reflète effectivement le débit sanguin total, que le diamètre du vaisseau ne se modifie pas, et que le capteur reste absolument stable. Les variations de l'Hb, de la viscosité, de la température, de la PaCO₂, et les agents d'anesthésie interfèrent considérablement avec la mesure [27]. Les embols sont aisément détectés par la technique, notamment lors du clampage aortique; ils apparaissent sous forme de HITS (High-intensity transient signals) dont la morphologie donne une clef sur l'origine (bulle, athérome, etc) [63].

 

La saturation veineuse jugulaire (SjO₂) est fonction de l'extraction cérébrale en O₂ et de l'activité métabolique globale et non unilatérale. Sa valeur normale est 60-75%. La valeur critique se situe autour de 50% [75]. Une valeur < 40% est associée à une souffrance cérébrale ischémique et à des séquelles neurologiques [70]. Elle augmente en cas d'hyperémie, d'hypercapnie ou de fistule artério-veineuse. Elle diminue pour des raisons systémiques (désaturation artérielle, hypocpanie, anémie aiguë, hypotension) ou cérébrale (hypertension intracrânienne, hyperthermie, vasospasme). Elle peut être utile pour confirmer la baisse de la demande métabolique avant un arrêt circulatoire. 

 

La spectroscopie infrarouge (NIRS : near-infrared spectroscopy) permet la mesure locale de la saturation de l'hémoglobine cérébrale en oxygène (ScO₂) par deux capteurs placés sur l'angle fronto-temporal, de chaque côté du crâne (voir Figure 19.6). La longueur d'onde laser émise (770 – 910 nm) pénètre la boîte crânienne et se trouve dispersée par la substance cérébrale où une partie spécifique du spectre est absorbée par l'hémoglobine oxygénée (HbO₂) et une autre par l'hémoglobine réduite. Les valeurs affichées sont très voisines de la saturation veineuse cérébrale (SjO₂) parce que les trois quarts du sang cérébral sont dans le réseau veineux et parce que l'appareil utilise les composantes non-pulsatile du spectre; la valeur normale oscille entre 60 et 75% [57]. La CEC ne modifie pas la valeur de base, mais la ScO₂ tend à baisser de 5-6 points après la sortie de pompe [76]. Une ischémie survenant dans une autre région que la zone frontale échappe cependant à la surveillance, puisque l'appareil ne mesure la SO₂ que dans 4 cm³ de cerveau de chaque côté; par contre, la technique permet de différencier l'état des deux hémisphères. La ScO₂ s'élève en hyperoxie et en hypothermie (baisse du métabolisme), mais aussi en état de mort cérébrale [80]. Lors d'un arrêt circulatoire hypothermique, le nadir est atteint en 15-20 minutes. Une baisse à une valeur de 30% signe une ischémie cérébrale; si elle dure plus de 10 minutes, elle est associée à des dysfonctions cognitives [89]. Le seuil d'irréversibilité n'est pas connu pour l'instant [68]. A cause de la vasoconstriction hypothermique, les valeurs de ScO₂ sont plus basses en régulation alpha-stat que pH-stat [51]. Les études dont on dispose actuellement sont insuffisantes pour prouver que le maintien de la ScO₂ dans sa valeur normale (environ 66%), ou sa correction si elle en dévie, ont un impact certain sur le risque d'AVC ou de troubles neuro-cognitifs [16,91]. En clinique, une chute de 20% par rapport à la valeur de base est considérée comme significative; elle survient dans 60% des CEC et commande une série de mesures thérapeutiques [76]. Dès que la ScO₂ s’abaisse, il convient d’améliorer l’apport d’O₂ au cerveau (voir Hémodynamique, Pression artérielle) [25,74,76,89].

 

D'une manière générale, la ScO₂ est bien corrélée à ces mesures, mais cette amélioration ne semble pas avoir d'impact significatif sur les séquelles neurologiques postopératoires chez les répondeurs [34]. Ceci démontre que la ScO₂ surveille non seulement l’oxygénation cérébrale, mais encore le transport d’O₂ vers tous les organes. En effet, le cerveau est le seul organe dont l’accès est aisé pour un capteur de saturation. Comme le cerveau dispose d’une autorégulation pour maintenir son apport d’O₂, une baisse de sa saturation artério-veineuse indique une diminution plus importante du transport d’O₂ dans le reste de l’organisme. Il n’est donc pas surprenant que la ScO₂ soit corrélée à la dysfonction hémodynamique postopératoire [59]. 
 

 

 

© CHASSOT PG, GRONCHI F, Avril 2008, dernière mise à jour, Décembre 2019