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Solutés de remplissage vasculaire

Solutés de remplissage vasculaire

Le remplissage vasculaire est une des interventions les plus répandues en soins critiques (anesthésie, réanimation, péri-opératoire). Son but initial est de restaurer un volume intravasculaire correct (expansion volémique) afin d'augmenter la précharge cardiaque dans le but final d'augmenter le volume d'éjection systolique et le débit cardiaque selon la loi de Franck Starling, afin de maintenir une perfusion d’organe suffisante.

Le remplissage est donc une composante à par entière comprise dans une stratégie plus globale de réanimation hémodynamique pouvant comprendre en outre des médicaments vasoconstricteurs et / ou des inotropes.

Les solutés de remplissage sont de véritables médicaments et leur choix doit reposer sur des principes physiologiques, dans le but d’optimiser leur efficacité tout en minimisant leurs effets indésirables, en particulier la surcharge hydrosodée potentiellement délétère pour la fonction d’oxygénation.

Un peu d’histoire…

Les premiers remplissages ont été décrits par les Dr Lewis et Dr Latte lors de la prise en charge de choléra en Angleterre en 1832. De grandes quantités d’eau, de NaCl et de bicarbonates ont été perfusées dans les veines périphériques des patients infectés, ce qui a permis :

« un retour immédiat du pouls, une amélioration de la respiration et de la voix, une évolution de la température et une amélioration de l’apparence ».

Physiologie et physiopathologie

Les compartiments hydriques

L’eau représente 60% du poids du corps, soit environ 45L pour un homme de 80kg. Elle est répartie en 3 compartiments : intracellulaire (40%), interstitiel (15%) et vasculaire (5%). Ces compartiments sont séparés par une membrane semi-perméable laissant passer seulement l’eau et les petits molécules (électrolytes) mais imperméables aux grosses molécules (protéines).

compartiments hydriques
Compartiments liquidiens du corps humains

Le modèle de Starling

Le modèle de Starling modélise les échanges d’eau et de petits solutés à travers cette membrane semi-perméable entre les secteurs vasculaires et interstitiels :

  • Au niveau artériolaire du capillaire sanguin : il existe un gradient de pression hydrostatique en faveur du passage du vaisseau vers l’intersitium, qui est limité par un gradient inverse de pression oncotique (puisqu’il y a plus de protéines dans le secteur vasculaire que dans l’interstitium) : le flux net étant en faveur de la sortie d’eau et d’électrolytes du secteur vasculaire vers l’interstitium.
  • Sur le versant veinulaire du capillaire sanguin : il était décrit une réabsorption de fluide depuis l’interstitium vers le secteur vasculaire, toujours selon ces gradients de pressions.
équilibre de Starling
Equilibre de Starling

Cependant, le modèle de Starling a récemment été révisé (par le Dr Woodcock en 2012) en précisant qu’il n’existerait en fait pas de réabsorption veinulaire en raison du caractère continu de l’endothélium veinulaire dans la plupart des organes, de la présence de protéines plasmatiques au niveau de l’interstitium et surtout de la présence d’une structure glycosylée à la surface endothéliale appelée le glycocalyx.

Le glycocalyx

Le glycocalyx est une structure de protéoglycoaminoglycanes chargés négativement ancrés à la surface luminale de l’endothélium. Cette charge négative permet de repousser la plupart des protéines plasmatiques vers la lumière du vaisseau. De plus, de nombreuses protéines sont liées aux protéoglycannes, permettant l’existence d’un gradient de pression oncotique entre la lumière vasculaire et le glycocalyx. On comprend donc que cette structure à la surface endothéliale est la véritable barrière endothéliale qui régule les flux d’eau entre l’interstitium et le secteur vasculaire. Ainsi, en cas de destruction du glycocalyx, on peut imaginer un passage plus libre des protéines plasmatiques entre les 2 secteurs.

glycocalyx
Glycocalyx à la surface endothéliale

Quel est le soluté de remplissage idéal ?

Dans l’idéal, on aimerait avoir un soluté ayant les caractéristiques parfaites suivantes :

  • Pouvoir d’expansion volémique de 100% avec une augmentation prévisible
  • Durée d’action suffisamment prolongée pour couvrir la période d’agression
  • Pas d’effet secondaire : métabolisme et élimination compètes, sans accumulation dans les tissus
  • Non allergisant
  • Peu coûteux
En pratique : le soluté de remplissage idéal n’existe pas !

Les différents solutés de remplissage

Puisque le soluté de remplissage parfait n’existe pas, de nombreux solutés ayant des caractéristiques différentes sont mis à notre disposition. On peut les classer de la manière suivante :

  • Cristalloïdes : ce sont des solutions d’ions (électrolytes) qui peuvent traverser librement les membranes. Leur tonicité est déterminée par leur concentration en sodium (Na) et en chlore (Cl). On distingue :
    • Isotoniques : Sérum salé 0,9% / Isofundine / Ringer-lactate / Plasmalyte
    • Hypertonique : NaCl 7,5%
  • Colloïdes : ce sont des suspensions de molécules oncotiquement actives, au sein d’une solution véhicule (cristalloïdes), qui ne traversent pas les membranes semi-perméables des capillaires en conditions physiologiques, du fait de leur haut poids moléculaires. On distingue :
    • Naturels : albumine
    • Synthétiques : gélatines, hydroxy-éthyl-amidons (HEA), dextrans

Les solutés glucosés ne sont pas des solutés de remplissage ! Ceux-ci se composent principalement d'eau, de glucose et de quelques électrolytes. Certes, le glucose possède un certains pouvoir osmotique et c'est pourquoi on peut retrouver le terme "isotonique" sur les poches de perfusion. Cependant, le glucose diffuse très rapidement dans les cellules et est vite métabolisé. Ainsi, seule l'eau persiste dans le plasma et va aussi diffuser dans les cellules, ce qui peut être utile en cas de déshydratation intracellulaire (hypernatrémie). On peut les utiliser également à visée d'apports caloriques. Ils n'ont donc aucun intérêt dans un but d'expansion volémique !

Les cristalloïdes

cristalloïdes
Comparaison des cristalloïdes disponibles

D’après le tableau ci-dessus, on remarque premièrement que les cristalloïdes présentent tous des compositions très variables en Chlore.

On peut également voir que certains cristalloïdes comportent un anion organique : lactate, malate, acétate, etc.

Enfin, on constate que le SID peut être variable d’un soluté à l’autre : ce paramètre découle de la théorie de Stewart concernant l’équilibre acido-basique. Celle-ci repose sur plusieurs principes : l’électroneutralité du plasma, la loi de dissociation de l’eau et la loi de conservation de masse. Ainsi, de façon simple on peut conclure que l’ajout de cations a un effet alcalinisant alors que l’ajout d’anions est plutôt acidifiant. Le SID représente en fait la différence entre les ions forts du plasma (cations et anions) et donc la force ionique d’une solution. De cette manière, l’ajout d’une solution ayant un SID supérieur à celui du plasma a un effet alcalinisant, et inversement.

Le sérum salé isotonique à 0,9%

Le sérum salé isotonique à 0,9% est constitué d’eau, de sodium et de chlore dont la charge chlorée est de 154 mmol/L : il est donc légèrement hyperosmolaire (308 mosm/L). Comme tous les solutés cristalloïdes, il présente un pouvoir d’expansion volémique de 20% pour une durée d’action de 1 à 2h.

Son principal effet secondaire est l’apparition pour de grands volumes perfusés d’une acidose métabolique hyperchlorémique puisque son SID (= 0 mEq/L) est largement inférieur à celui du plasma (= 40 mEq/L). Celle-ci peut être à l’origine d’une insuffisance rénale aigüe (par vasoconstriction de l’artériole afférente avec libération de thromboxane) et d’effets indésirables sur le système immunitaire.

Le sérum physiologique (qui n’a de physiologique que le nom finalement), est un produit non allergisant et peu onéreux (2€/L).

Les solutés balancés

Afin de compenser les effets secondaires du sérum salé, des solutés balancés ont été développés récemment. Ces cristalloïdes ont une composition plus proche du plasma que le NaCl 0,9%. Ils sont relativement hypotoniques au plasma du fait de leur concentration en sodium plus basse que le liquide extracellulaire. En revanche, ils comportent d’autres ions (potassium, magnésium, calcium, etc) et présentent une diminution de la charge chlorée par l’ajout d’anions organiques (lactate, acétate, malate, pyruvate, gluconate) ayant pour but de conserver l’électroneutralité et de stabiliser ces solutions comprenant de bicarbonates dans les récipients plastiques.

Attention, l’administration excessive de ces solutés balancés peut induire des effets toxiques :

  • Acétate : cardiotoxicité
  • Lactates : hyperlactatémie, alcalose métabolique et hypotonicité
  • Calcium : microthrombi en cas de transfusion érythrocytaire contenant du citrate

Ringer-lactate

Le ringer-lactate est un soluté cristalloïde balancé dont l’électroneutralité est assurée par la présence d’ions lactates, sa charge chlorée est faible et il présente un SID de 28 mEq/L.

Il est légèrement hypo-osmolaire, ce qui fait qu’en théorie on le contre-indique (relativement) chez les patients neurolésés en raison d’une diminution modeste de l’osmolarité de l’ordre de 3 à 7 mosm/L après la perfusion d’un grand volume d’environ 50mL/kg. De même, en raison de la présence d’ions lactates, il est théoriquement contre-indiqué en cas d’insuffisance hépato-cellulaire sévère.

Ce soluté n’entraîne qu’une très faible augmentation de la lactatémie, sans répercutions acido-basique. En effet, du fait de ses propriétés physico-chimiques, il permet la préservation du pH. Certains travaux ont également montré une réduction de l’inflammation en comparaison avec le NaCl 0,9%.

Isofundine

L’isofundine est un soluté cristalloïde balancé dont les anions organiques acétates et malates sont rapidement métabolisés via le cycle de Krebs. Son SID est de 29 mEq/L et il présente une osmolarité de 309 mosm/L.

Plasmalyte

Le plasmalyte est un soluté cristalloïde balancé dont les anions organiques sont le gluconate et l’acétate. Il est à noter que le gluconate est éliminé par les reins sous forme inchangé dans 70%. Il possède une osmolarité à 295 mosm/L. Attention, il peut induire des faux positifs concernant la recherche de D-galactosamine dans le cadre du dépistage d’aspergillose invasive.

Sérum salé hypertonique 7,5%

Le sérum salé hypertonique à 7,5% présente une osmolarité importante (de l’ordre de 2500 mosm/L) et bénéficie donc d’un pouvoir d’expansion volémique de 400% : ceci permet en finalité d’administrer des volumes moindre (généralement 250mL max) pour une efficacité identique. C’est ce que l’on appelle la réanimation à petits volumes, pouvant permettre d’éviter une acidose hyperchlorémique. A noter que sa durée d’action est de l’ordre de 2h, comme tous les cristalloïdes.

En outre, il bénéficie d’un effet inotrope positif propre indépendant de la précharge et d’une amélioration transitoire de la filtration glomérulaire rénale.

Ses indications principales sont le traumatisme cérébral et le choc hémorragique. Cependant, aucune supériorité n’a été mise en évidence pour ce cristalloïde en comparaison aux cristalloïdes isotoniques.

Concernant les effets secondaires, on peut noter l’acidose hyperchlorémique (SID = 0) et une tendance à l’hypernatrémie.

Les colloïdes

Malgré les principes physiologiques théoriques, les colloïdes n’offrent en réalité pas d’avantages substantiels en termes d’effets hémodynamiques par rapport aux cristalloïdes d’après de nombreuses études. A ce jour, leurs indications est donc limitée.

L’albumine

Parmi les colloïdes, l’albumine est le seul actuellement disponible d’origine naturel, produit à partir du plasma humain avec élimination/inactivation virale. Son poids moléculaire est de 65kDa. On peut noter que son osmolarité est plus faible que celle du plasma humain mais sa pression oncotique est élevée et sa concentration en sodium et chlore est plus élevée par rapport au plasma. Ceci lui confère en théorie un pouvoir d’expansion volémique important. Celui-ci varie en fonction de sa formulation (de 70% pour les formulations à 4% jusqu’à 185% pour les formules à 20%). Enfin, sa durée d’action est de l’ordre de 6 à 8h avec une ½ vie d’élimination de 18 jours.

L’albumine possède d’autres propriétés intéressantes : antioxydants, transport médicamenteux / molécules, modulation du NO, pouvoir tampon acido-basique, etc.

En revanche, ses inconvénients sont le coût élevé, disponibilité limitée dans certains pays, le fait qu’il soit dérivé du sang et son effet acidifiant par apport d’albuminate et de chlore (puisque le solvant est un sérum salé dilué à 0,9%).

Ses principales indications sont : l’hypoalbuminémie (< 25g/L), les grands brûlés, les cirrhotiques (syndrome hépato-rénal, évacuation d’ascite). Il pourrait également y avoir une place au cours du choc septique. Quelques travaux ont aussi mis en évidence un effet potentiellement bénéfique pour le priming de la CEC avant chirurgie cardiaque.

Les hydroxy-éthyl-amidons (HEA)

Les HEA sont des colloïdes semi-synthétiques composés de polysaccharides de synthèse dérivés du maïs ou des pommes de terre : ils subissent une hydroxyéthylation sur les molécules de glucose de l’amidon. Ceci consiste en une substitution d’un carbone (en C2 ou C6) par un radical hydroxyl permettant de diminuer la dégradation par l’amylase plasmatique et ayant donc pour but final d’augmenter leur durée d’action. Ils sont associés à des solutions véhicules (électrolytes) différentes selon les marques, ce qui explique leurs importantes concentrations en sodium et chlore par rapport au plasma.

Leur taux de substitution molaire est le nombre moyen de substitution par molécule de glucose (allant de 0 à 1) et conditionne la durée d’action (avec aussi le rapport C2 / C6). Leur poids moléculaire conditionne leur pouvoir d’expansion volémique et leurs effets secondaires (toxicité par accumulation tissulaire dans la peau, le foie, les reins et le système réticulo-endothélial).

Ainsi, quand on voit sur un sachet de soluté l’indication 130/0,4 par exemple : 130 correspond au poids moléculaire en kDa et 0,4 au pourcentage de substitution des carbones par des composés hydroxyéthyl sur les molécules de glucose.

On distingue actuellement les hydroxyéthylamidons qui ont un haut poids moléculaire (>200kDa) et qui ne sont quasiment plus utilisés en pratique courante, de celles de bas poids moléculaire (130kDa) comme le Voluven ou le Restorvol. Ces dernières ont un pouvoir d’expansion de l’ordre de 100% pour une durée d’action de 6h.

Les effets secondaires sont dominés par la toxicité rénale (lésions tubulaires liées à des vacuolisations et des dépôts, lésions oncotiques, augmentation de la viscosité urinaire), altération de l’hémostase (par diminution des facteurs de Willebrand et du facteur VIII, diminution de la polymérisation de la fibrine).

La posologie maximale est de 33 à 50 mL/kg maximum par jour en privilégiant les HEA 130/0,4. Les indications formelles des HEA concernent aujourd’hui seulement les situations d’hypovolémie en cas de pertes sanguines lorsque les cristalloïdes sont jugés insuffisants (choc hémorragique réfractaire). Elles ne sont plus recommandées en cas de choc septique, ni chez les patients de réanimation puisqu’elles entraînent notamment une augmentation du recours à l’épuration extra-rénale.

Les gélatines

Les gélatines sont des colloïdes synthétiques dérivés de la dégradation d’os bovins. Nous utilisons actuellement des gélatines fluides modifiées (Gélofusines 4%). Leur poids moléculaire est élevé : 35kDa. Son pouvoir d’expansion volémique est de l’ordre de 80% pour une durée d’action de 3h. Son élimination est essentiellement rénale.

Leurs effets secondaires sont notamment des allergies, une légère altération de l’hémostase (par diminution de l’agrégation plaquettaire et de la formation de thrombine), un risque de contamination au Prion, un risque d’insuffisance rénale (pour des volumes perfusés > 33mL/kg).

Attention, leur utilisation n’est actuellement plus recommandée.

Pharmacocinétique comparée des solutés

La répartition des différents solutés de remplissage dépend de nombreux paramètres dont notamment la volémie initiale et de l'état inflammatoire :

  • En normovolémie
    • Un cristalloïde se réparti dans le secteur plasmatique à 20% et interstitiel à 80%
    • Un colloïde se réparti essentiellement (80%) dans le secteur plasmatique
  • normovolémie remplissage
  • En hypovolémie sans inflammation (phase initiale du syndrome hémorragique) :
    • Un colloïde va essentiellement dans le secteur plasmatique (100%)
    • Un cristalloïde va à 60% dans le plasma et 40% dans le secteur interstitiel
  • remplissage hémorragie
  • En hypovolémie avec fuite capillaire (choc septique) :
    • Un colloïde se réparti à 80% dans le secteur plasmatique
    • Un cristalloïde va se répartir à moitié entre les 2 secteurs
  • remplissage sepsis

Finalement, le pouvoir d’expansion volémique d’un colloïde va diminuer en cas de syndrome inflammatoire. Ceci s’explique possiblement par l’altération du glycocalyx en cas d’inflammation aiguë puisqu’il est démontré que le choc septique entraîne un relargage dans la circulation de glycoaminoglycannes le constituant. Ceci abouti à la possibilité de passage entre les cellules endothéliales des molécules de haut poids moléculaires (comme l’albumine ou les HEA). Cette disparition de la barrière oncotique favorise la diffusion protéique et hydrique vers l’interstitium et donc réduit l’efficacité des macromolécules.

alteration du glycocalyx
Altération du glycocalyx dans le choc septique

L’objectif est la normovolémie

Les solutés de remplissage sont des médicaments comme les autres qu’il faut donc titrer idéalement afin d’être bénéfique pour le patient en évitant leurs potentiels effets secondaires.

L’administration d’un volume excessif de tout type de soluté peut entrainer une hypervolémie (surcharge hydrosodée) qui peut elle-même causer des dommages au niveau du glycocalyx, aboutissant à la formation d’œdèmes interstitiels et d’une coagulopathie, ce qui peut majorer la morbi-mortalité.

A l’inverse, l’administration d’une trop faible quantité de solutés peut aboutir à une hypovolémie associée à une diminution du débit cardiaque, une inadéquation entre les apports et les besoins en oxygène (acidose lactique), une hypotension et une dysfonction d’organe.

effets d'une volémie inadaptée
Effets d'une volémie inadaptée

Ainsi, il est fondamental que ces apports liquidiens soit guider à la fois en termes de timing et de quantité, sur des critères objectifs issus d’un monitorage hémodynamique se basant idéalement sur des indices dynamiques (comme le volume d’éjection systolique ou la variation de pression pulsée).

Finalement, il faut bien comprendre que le remplissage vasculaire doit toujours s’inscrire dans le cadre plus large d’une réanimation hémodynamique multimodale pouvant faire intervenir d’autres traitements comme les drogues vasopressives et / ou inotropes selon les situations.

Quelles sont les indications des solutés de remplissage ?

La place de l’expansion volémique par des solutés de remplissage peut se trouver situations suivantes :

  • En chirurgie mineure : administrer environ 15 mL/kg de cristalloïdes pour les gestes courts (< 1h) et 20-30 mL/kg pour les gestes durant 1 à 2h. Ceci permet notamment la prévention des nausées / vomissements post-opératoires (NVPO).
  • En chirurgie majeure : titrer le remplissage per-opératoire en cristalloïdes en se basant sur des mesures régulières du volume d’éjection systolique (VES). Il s’agit ici principalement de compenser les pertes sanguines. Les pertes insensibles sont assez faibles de nos jours grâce aux techniques mini-invasives (filtres humidificateurs sur les voies aériennes, etc) sauf peut-être lors des laparotomies / thoracotomie à ciel ouvert. A noter qu’il n’y a, a priori, peu d’impact du jeûne pré-opératoire même pour des durées allant jusqu’à 12h.
  • L’inflammation en réanimation (sepsis, trauma) : administrer jusqu’à 30mL/kg de cristalloïdes avant de commencer l’utilisation de médicaments cardio et vasoactifs selon le monitorage hémodynamique. L’albumine peut également être nécessaire lorsque des volumes importants de cristalloïdes restent nécessaires. Il s’agit ici de compenser les pertes insensibles lors d’hyperthermie ou de polypnée, des saignements importants, une vasoplégie avec hypovolémie relative.
  • Choc hémorragique : administrer les cristalloïdes en 1ère intention. Les HEA doivent s’envisager que lorsque l’utilisation des cristalloïdes seuls est jugée insuffisante pour maintenir la volémie, en l’absence de contre-indication, tout en limitant la dose utilisée et la durée d’administration.
  • Traumatisme crânien grave : ne pas utiliser d’albumine à la phase précoce.

Pour aller plus loin...

Si cela vous intéresse, 3 présentations réalisées au congrès de la SRLF 2015 sur les solutés à utilisés pour un remplissage vasculaire, leur monitorage et les objectifs à atteindre, sont disponibles sur YouTube :