Traumatisme crânien grave et poumon

Interactions cerveau-poumon
C. Lepousé, T. Floch, JP. Graftieaux (Reims)
Les interactions entre le cerveau et le poumon sont multiples, complexes et à l’origine de
bien des difficultés pour le clinicien. En effet, les lésions pulmonaires, primaire ou secondaire
au traumatisme crânien grave (TCG), vont venir alourdir le pronostic neurologique. De plus,
les traitements respectifs du TCG et des lésions pulmonaires ont des effets souvent opposés
entre eux.
Interactions cerveau → poumon :
La lésion cérébrale qu’elle soit traumatique ou non (hémorragie sous-arachnoïdienne,
accident vasculaire cérébral, anoxie cérébrale…) peut induire des lésions systémiques et en
particulier pulmonaires. Le cerveau sain ou pathologique peut, en effet, agir sur l’appareil
respiratoire via la commande respiratoire mais aussi par d’autres mécanismes, directement ou
non, sur les voies aériennes, la circulation et ou le parenchyme.
a) Le contrôle de la ventilation :
Le cerveau agit sur la commande respiratoire. Toute lésion cérébrale peut donc venir
altérer le contrôle ventilatoire. Le générateur central de l’automatisme respiratoire est
organisé en réseau dont les éléments sont répartis entre la moelle épinière cervicale rostrale, le
bulbe rachidien et le pont [1]. L’origine de la rythmogénèse respiratoire se situe à la fois dans
les propriétés intrinsèques des neurones composant le réseau et dans les relations synaptiques
qu’ils établissent entre eux [1,2]. Les neurones respiratoires dédiés à la rythmogénèse sont
donc constamment soumis à des stimulations toniques excitatrices ou inhibitrices qui vont
moduler leurs propriétés membranaires au cours du cycle respiratoire. Le rythme respiratoire
central est ainsi contrôlé en permanence par différents systèmes afférents afin d’adapter la
ventilation aux besoins de l’organisme. Parmi ces principaux systèmes afférents, on retrouve
les pressions partielles en oxygène, en dioxyde de carbone et le pH extracellulaire. Les
variations de la PaO2 sont essentiellement codées par les chémorécepteurs périphériques au
niveau du glomus carotidien, innervé par le nerf glosso-pharyngien et par le nerf vague. Les
variations de la PaCO2 et du pH sont codées par les chémorécepteurs centraux qui sont situés
1
pour la plupart à proximité de la surface ventrale du bulbe. L’existence d’une sensibilité
chimique centrale à l’oxygène reste controversée.
Ces mécanismes s’observent sur un cerveau et un appareil respiratoire sains. Toutefois
lorsqu’il existe une hypoxie le cerveau réagit via différentes voies sur la commande
respiratoire. Ceci peut aboutir à l’aggravation de cette hypoxie si celle-ci n’est pas corrigée.
Lors d’une hypoxie, on observe trois phases respiratoires successives d’origine
cérébrale :
1. Une hyperventilation due à une augmentation de l’activité du nerf phrénique. Le
glomus carotidien est mis en jeu lors de cette première phase.
2. Une dépression respiratoire lorsque l’hypoxie est prolongée [1,3]. Différentes
hypothèses peuvent expliquer ce phénomène :
a. La vasodilatation cérébrale secondaire à l’hypoxie induirait une alcalose du
liquide céphalo-rachidien. Cette alcalose entraînerait une baisse de
l’activité des chémorécepteurs centraux de la surface ventrale du bulbe et
donc une diminution des influences excitatrices des chémorécepteurs
centraux au pH [4,5,6].
b. La libération de neuromédiateurs (adénosine [7], opioïdes endogènes [8]).
Les opioïdes agiraient par le biais de la transmission glutamatergique.
c. Un
déséquilibre
entre
les
différents
neurotransmetteurs
libérés :
initialement l’hyperventilation de la phase 1 serait dû à des mécanismes
glutamatergiques
puis
des
mécanismes
GABAergiques
seraient
responsable secondairement de la dépression respiratoire [9].
d. Autre mécanisme ? troubles métaboliques (acidose) ?, fréquence de
décharge des neurones du noyau rétrotrapézoïde [10] ?
3. Une apnée en l’absence de correction de la deuxième phase.
b) Les voies aériennes :
Le poumon est également innervé par un réseau complexe de neurones cholinergiques et
par
des
neurones
sensitifs
non-adrénergique
et
non-cholinergique
dont
les
neuromédiateurs sont des tachykinines et le CGRP (calcitonin gene-related peptide). Le
2
système cholinergique représente la voie principale de bronchoconstriction d’origine
autonome (intérêt des anticholinergiques dans l’asthme et chez le BPCO). Il est stimulé par
des médiateurs de l’inflammation. La stimulation de l’innervation pulmonaire permet de
protéger les poumons contre des stimulations nocives (fumée de cigarette, libération locale de
prostaglandines, irritation mécanique). En présence de ces stimulations nociceptives, le
réflexe du SNC est de protéger les bronches en coordonnant l’apnée expiratoire, la toux, la
bronchoconstriction et la majoration de la sécrétion de mucus [11]. Le rôle d’une dénervation
du système neurovégétatif secondaire à un traumatisme cérébral reste à étudier. Toutefois,
l’interruption de l’innervation vagale du poumon après un traumatisme a été décrite. Ce type
de lésion entraîne une abolition de l’intégration de la motricité bronchique et de la ventilation
conduisant à la déformation des voies aériennes avec un risque de développement d’une
prolifération fibreuse dans les parois des voies aériennes. De plus, après la destruction des
fibres motrices et sensitives du nerf vagal, une population de neurones reste dénervée,
générant une dysrégulation inflammatoire [12].
L’une des complications bronchiques fréquente lors du TCG est la survenue d’une
atélectasie. Celle-ci est rencontrée particulièrement lors de la ventilation mécanique avec une
fréquence entre 5 et 29% selon les séries. La relation entre l’atélectasie et un traumatisme
crânien est loin d’être prouvée. Cependant l’existence d’une hyperosmolarité aiguë est un
facteur de risque d’atélectasies [13] et celle-ci est fréquemment présente pendant la prise en
charge du TCG.
c) La circulation:
L’œdème pulmonaire neurogénique est décrit comme une complication rare mais
potentiellement mortelle après un traumatisme crânien, une hémorragie sous-arachnoïdienne
ou un état de mal épileptique. Cliniquement, il apparaît le plus souvent dans les 4 premières
heures du TCG avec à la radiographie pulmonaire un infiltrat diffus et bilatéral. La guérison
survient rapidement, dans les 72 heures, mais il est peut être responsable d’un décès dans 10%
des cas [14]. Le traitement de ces oedèmes passe par la ventilation mécanique (FiO2 élevée,
PEP) associée si besoin au décubitus ventral [15]. La physiopathologie de l’œdème reste
encore mal connue mais elle est certainement multifactorielle, plusieurs hypothèses ayant été
avancées. Le mécanisme est en partie hydrostatique car le gradient de pression oncotique est
négatif dans le sens interstitium - capillaires pulmonaires. Une dysfonction ventriculaire
gauche transitoire (libération de catécholamines) participe a la formation de l’œdème [16].
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Cet œdème hydrostatique serait dû à la libération de catécholamines (adrénaline) à l’origine
d’une veinoconstriction pulmonaire. La veinoconstriction crée une hypertension dans les
capillaires pulmonaires. Cependant, la fonction ventriculaire gauche peut être normale, le
mécanisme serait alors plutôt lié à une élévation de la perméabilité des capillaires pulmonaires
[17] associée à l’hypertension capillaire. Une autre hypothèse intéressante sur la
physiopathologie des oedèmes pulmonaires neurogéniques, est le rôle des récepteurs NMDA
(N-méthyl-D-aspartate) au niveau pulmonaire [18]. Les récepteurs NMDA sont connus pour
être responsable des lésions neuronales secondaire à un traumatisme crânien [19]. Ils
favorisent une entrée excessive de calcium dans les neurones. Ainsi la découverte d’une
localisation pulmonaire de ces récepteurs NMDA pourrait expliquer certains effets
systémiques dû aux lésions cérébrales tel que l’œdème pulmonaire neurogénique [18].
d) Le parenchyme :
L’œdème neurogénique pulmonaire pourrait avoir également comme origine une atteinte
des pneumocytes. En effet, expérimentalement chez le rat après un traumatisme crânien, la
microstructure des pneumocytes de type II se trouve altérée avec l’apparition :
•
d’un œdème intracellulaire et intramitochondrial
•
d’une dilatation du réticulum endoplasmique lisse et de l’appareil de Golgi
•
d’une dispersion de la chromatine qui disparaît du centre du noyau pour se
regrouper à la périphérie.
Ces lésions sont observées dès la 2ème heure post-traumatique et elles sont nettement
aggravées à la 24ème heure. Cependant la membrane alvéolo-capillaire et les pneumocytes de
type I restent intacts. L’origine de ce processus est encore inconnu mais il existe un rôle
probable de la peroxydation lipidiques et de la formation de radicaux libres d’oxygène [20].
Plus classiquement, les pneumopathies nosocomiales semblent plus fréquentes chez les
patients cérébro-lésés [21]. Une immunodépression secondaire au traumatisme crânien semble
être en cause [22] liée à une libération de médiateurs proinflammatoire par le cerveau lésé.
L’immunité cellulaire est la plus affectée avec une diminution du nombre de cellules T
circulantes (cf. tableau 1). De plus, il existe une part d’immunosuppression liée à l’utilisation
de médicaments immunosuppressifs : barbituriques. Ceux-ci peuvent induire une leucopénie
réversible ainsi qu’une augmentation de la fréquence des infections, voire une
immunodépression médullaire réversible induite par l’association d’antibiotiques aux
barbituriques [23].
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Tableau 1 : atteintes immunologiques lors d’un traumatisme crânien [22] :
Atteintes
Exemples
Lymphocytes T
- Diminution du nombre total de lymphocytes T (LT), LT helper, LT
suppresseurs, cellules NK (natural killer), cellules portant les récepteurs
interleukine-2 ;
- Rapport CD4/CD8 disproportionné par rapport à CD4/CDw29+ ;
- Diminution de la réponse proliférative des LT à la stimulation de la
mitogénose ;
- Diminution de la production d’interféron γ et d’IL-2 ;
- Anergie au test cutané d’hypersensibilité retardé ;
- Diminution des lymphokines à activer la cytotoxicité des cellules
tueuses.
- Diminution des IgG et IgM ;
- Diminution des facteurs du complément (C1q, C2, properdin).
- Baisse de la génération en superoxyde.
- Augmentation de la production d’IL-6 et Il-10
Lymphocytes B
Neutrophiles
Monocytes
Interactions poumon → cerveau :
Le retentissement cérébral d’une atteinte pulmonaire est la mieux connu du clinicien. Les
principaux facteurs de ce retentissement sont l’hypoxémie ou l’hyperoxie, l’hypo ou
l’hypercapnie et la pression intrathoracique. Des recommandations françaises pour la prise en
charge des TCG ont été publié en 1999 [24].
L’hypoxémie fait partie des ACSOS (agression cérébrale secondaire d’origine
systémique) les plus fréquemment rencontrées lors d’un TCG. Cette hypoxémie est fréquente
à toutes les étapes de la prise en charge du TCG et elle est particulièrement redoutable
puisque sa présence alourdit de façon significative le pronostic [25]. Son origine peut être très
diverse : traumatisme thoracique (contusion pulmonaire, hémopneumothorax, fractures de
côtes…), obstruction des voies aériennes supérieures, inhalation bronchique, œdème
pulmonaire neurogénique, pneumopathie nosocomiale, embolie pulmonaire (graisseuse ou
cruorique)… Le traitement de l’hypoxie est primordial mais parfois il semble en opposition
avec le traitement de l’hypertension intracrânienne, notamment si une hypercapnie plus ou
moins permissive est nécessaire.
L’hypoxémie est responsable d’une vasodilatation cérébrale et donc d’une majoration du
débit sanguin cérébral (DSC). Trois mécanismes différents sont impliqués dans cette
hypoxémie : l’activation des chémorécepteurs périphériques (système sympathique, arginine
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vasopressine), un effet direct de l’oxygène sur l’endothélium vasculaire (EDRF, EDCF) et par
des effets indirects de l’oxygène sur différents facteurs tissulaire (pH, adénosine, ions
potassique). A l’inverse, l’hyperoxie est vasoconstrictrice et peut donc être délétère.
Cependant lors d’un TCG il existe une baisse du métabolisme aérobie, l’hyperoxie semble
être pour certains une solution mais il n’existe, à l’heure actuelle, aucun consensus pour
utiliser l’hyperoxie [26, 27]. La normoxie reste pour l’instant l’objectif à atteindre.
L’hypercapnie entraîne une vasodilatation cérébrale et une augmentation du DSC. Le CO2
va agir par le biais des variations du pH (libération d’ions H+, acidose interstitielle,
vasodilatation) et par l’action de substances vasoactives (noradrénaline, acétylcholine,
prostaglandines). Si l’hypercapnie doit être évitée, l’hypocapnie ne doit être utilisée qu’en cas
d’HTIC non contrôlée, en attendant l’efficacité d’un traitement antiHTIC. En effet si
l’hyperventilation permet de diminuer le DSC, c’est au prix d’un découplage entre le DSC et
les besoins métaboliques du cerveau avec un risque d’ischémie cérébrale [28]. Cependant,
différentes études montrent l’intérêt de la réalisation d’une hyperventilation [29].
La pression intrathoracique liée à la ventilation artificielle crée une gêne au retour veineux
notamment au niveau jugulaire et en conséquence une élévation de la pression intracrânienne,
à l’origine d’une diminution du DSC. L’utilisation d’une PEP est possible entre 0 et + 15
cmH2O, à condition de contrôler la PaCO2 et la pression artérielle [24]. Les
bronchoaspirations, sources d’élévation brutale de la pression intrathoracique, sont à éviter.
Un autre facteur d’élévation brutale de la pression intracrânienne, est la réalisation d’une
fibroscopie bronchique. Ces poussées d’HTIC aiguës, provoquées, peuvent être évitées
partiellement ou totalement en approfondissant au préalable la sédation [30].
Les interactions entre le cerveau et le poumon sont multiples et leurs physiopathologies
sont imparfaitement connues. Le problème du clinicien va être complexe en cas de lésions à la
fois cérébrale et pulmonaire. Les effets des traitements sont souvent opposés avec d’un côté
l’optimisation de l’oxygénation (ventilation contrôlée, PEP, NO, décubitus ventral,
hypercapnie permissive, bronchoaspirations, limitation de l’expansion volémique…) et d’un
autre côté l’optimisation du DSC (normocapnie, limitation de la mobilisation du patient,
expansion volémique…). Rapidement, le traitement conventionnel d’une HTIC menaçante est
limité par la défaillance respiratoire. Faut-il proposer à ces patients un traitement d’emblée
plus agressif de l’HTIC comme une hypothermie ou une craniectomie de décompression ?
Pour l’instant, il n’existe pas dans la littérature d’arguments en faveur d’une telle attitude. Ou
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peut être faut-il recommander, au contraire, une attitude la moins agressive possible en
privilégiant l’oxygénation ?
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