Méthodes d'évaluation de l'oxygénation

Seules les mesures utilisées dans les études réalisées sont détaillées dans ce paragraphe.

Mesure de la pression tissulaire en oxygène

La PtiO2 mesure la pression partielle de l’oxygène dissous dans un volume de quelques mm3 constitués de liquide extra-cellulaire, de capillaires, de cellules cérébrales et d’axones. Une des hypothèses concernant le rôle de la PtiO2 serait qu'il s'agit d'un reflet de l’oxygène disponible pour la phosphorylation oxydative de la chaîne respiratoire mitochondriale. Elle représenterait une balance entre apport et consommation en oxygène dans le tissu cérébral et serait sous la dépendance des caractéristiques macro/microvasculaires du tissu et de la diffusion en O2 (Menon, Coles et al. 2004, Nortje and Gupta 2006). Rosenthal et al. proposent que la PtiO2

représente plutôt le reflet de la diffusion en oxygène du capillaire vers le tissu cérébral plutôt que le reflet de l’équilibre entre l’apport d’oxygène systémique et son utilisation tissulaire (Rosenthal, Hemphill et al. 2008). Son monitorage permet de détecter une baisse des apports en O2 et/ou une diminution du DSC selon une approche focale.

La PtiO2 est mesurée à l’aide d’une sonde ayant une électrode de Clark implantée dans le parenchyme cérébral ou par mesure optique. La première permet la diffusion des molécules d’oxygène qui sont réduites par une cathode polarographique à travers une membrane dans une solution électrolytique qui entraîne l’apparition d’un courant électrique proportionnel à la concentration en O2. Dans la deuxième, l'O2 induit des réactions photochimiques et modifie ainsi les propriétés optiques d’une source lumineuse (Beynon, Kiening et al. 2012). Le système majoritairement disponible est l'électrode de Clark (sonde Licox). Après positionnement, une période d’équilibration de quelques heures est nécessaire. La zone d’insertion au sein du parenchyme cérébral fait débat et sa proximité locale avec différentes structures modifient son interprétation (Scheufler, Rohrborn et al. 2002). L’implantation en zone saine dans la SB du lobe frontal droit représenterait un indice global d’oxygénation cérébrale, alors que l’implantation en zone péri contuse permettrait de mieux guider localement la neuroréanimation. La comparaison de ces valeurs peut avoir un intérêt thérapeutique de même que le suivi de la PtiO2 au sein des zones contuses afin d'évaluer la récupération d'une microvascularisation plus fonctionnelle (Longhi, Pagan et al. 2007). La PtiO2 varie donc avec la PPC, le DSC, la PCO2, la PO2, l'hémoglobine et la CMRO2.

Les seuils ischémiques ont été définis en fonction du devenir neurologique en comparant PtiO2 et DSC (Doppenberg, Zauner et al. 1998, Menzel, Doppenberg et al. 1999) ou PtiO2 et SvjO2 (Kiening, Unterberg et al. 1996). Le seuil critique admis pour définir une ischémie cérébrale à partir de la PtiO2 est classiquement autour de 10 mmHg, seuil assez bas physiologiquement (Scheufler, Rohrborn et al. 2002). Les seuils ont donc été élevés par de nombreuses équipes à 15-20 mm Hg pour limiter les risques liés à la zone intermédiaire comprise entre 10-20 mm Hg (Johnston, Steiner et al. 2005). La PtiO2 est un facteur pronostic important dans l'évolution des patients atteints de TC (Chang, Youn et al. 2009, Spiotta, Stiefel et al. 2010, Oddo, Levine et al. 2011) (Figure 4).

Figure 4:

A et B: Graphiques montrant le risque relatif d'avoir un score GOSE de 1-4 et de 5-8 (Glasgow Outcome Score Extended) pour des patients ayant subi un TC avec plus de 20% de temps d'épisodes hypoxiques sous différents seuils de PtiO2 (Chang et al. CCM 2009)

IRM multiparamétrique et effet BOLD

En bolus, l’injection systémique d’un produit de contraste possédant une forte susceptibilité magnétique dégrade le signal lors de son passage dans le plan de coupe par augmentation de l’hétérogénéité de champ. Après traitement du signal, l’IRM de perfusion permet d’extrapoler des paramètres de perfusion microcirculatoire comme le temps de transit moyen (TTM) et le DSC exprimé en ml/mn/100 g de tissu. Les séquences de perfusion à l’équilibre permettent quant à elles de calculer le VSC (Luypaert, Boujraf et al. 2001).

La mesure de l’oxygénation cérébrale par IRM repose sur la quantification de l’effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) (Christen, Lemasson et al. 2011), qui exprime localement le rapport entre l’oxyhémoglobine et la désoxyhémoglobine (Figure 5). Cette dernière est un agent paramagnétique qui crée des inhomogénéités locales dans le champ magnétique. On peut ainsi approcher la quantité de désoxyhémoglobine au sein du voxel en combinant des séquences pondérées en T2 et en T2* (Spees, Yablonskiy et al. 2001). En effet, la différence entre ces deux mesures repose principalement sur l’absence de rephasage dans la séquence T2* qui la rend sensible aux inhomogénéités de champ magnétique dans les tissus. Cette propriété est couramment utilisée en IRM pour diagnostiquer les lésions axonales diffuses hémorragiques qui sont millimétriques mais apparaissent visibles par un hypo signal en T2* (après correction des inhomogénéités macroscopiques de

désoxyhémoglobine. L’effet BOLD est de plus à la base de l’IRM fonctionnelle (IRMf) qui suit l’évolution au cours d’une activité cérébrale volontaire des rapports entre oxy et désoxyhémoglobine et permet de localiser les régions motrices fonctionnelles essentielles à la fonction testées (vision, langage, motricité).

La combinaison de cet effet BOLD avec les cartographies quantitatives du VSC (grâce à l’injection d’un produit de contraste superparamagnétique à l’équilibre) permet de déterminer la saturation locale en oxygène (lSO2) grâce à la formule :

lSO2= 1 - (4/3. . . 0.Bo.Hte.T2’.VSC)-1

Avec :

• 1/T2’ = 1/T2* - 1/T2

• 0= 0,264 ppm = différence entre la susceptibilité magnétique de

l’hémoglobine totalement oxygénée et totalement désoxygénée.

• Hte = Taux d’hématocrite

• = Rapport gyromagnétique

• B0 = 4,7 T

Figure 5 : Cartographies d’images pondérées T2 et de lSO2 dans les conditions testées : normoxie, hypoxie, hyperoxie (Christen et al NMR Biomed 2011)

Autres mesures

Mesure de la saturation en O2 du sinus veineux longitudinal supérieur, Mesure de la saturation veineuse jugulaire en oxygène, NIRS, Résonance paramagnétique électronique, Marqueurs histologiques de l’hypoxie, Tomographie photoaccoustique, Mesure de la CMRO2, IRM 17O, TEP 15O, IRMf quantitative…

4. Conclusion

L’hypoxie cérébrale post-traumatique est ainsi d’origine pluri factorielle, sous la dépendance des caractéristiques macro/microvasculaires du tissu et du métabolisme cérébral. On comprend que des thérapeutiques améliorant une/plusieurs de ces caractéristiques vont permettre d’améliorer l’hypoxie cérébrale post TC.

L’évaluation de l’oxygénation tissulaire cérébrale apparaît donc comme essentielle actuellement dans le cadre de la prise en charge des patients cérébrolésés. En effet, de par cette dépendance de plusieurs facteurs, elle apporte des informations supplémentaires au monitorage standard PPC/PIC et permet d’améliorer le devenir des patients.

La dysfonction mitochondriale est un autre volet des différentes lésions survenant au décours d’un TC.