Oxymétrie cérébrale

Le maintien d’un apport adéquat d’oxygène aux tissus et aux organes, en particulier au cerveau, est un objectif fondamental du processus d’anesthésie. Les dangers d’une hypoxie prolongée et d’un apport réduit d’oxygène au cerveau sont bien documentés; cependant, le cerveau reste l’un des organes les moins surveillés pendant l’anesthésie.1

Les oxymètres cérébraux sont des dispositifs de surveillance continue non invasifs, utilisés pour surveiller une oxygénation cérébrale adéquate. Ils utilisent des principes physiques similaires aux oxymètres de pouls. Les premiers oxymètres cérébraux disponibles dans le commerce ont été utilisés dans les années 1990; cependant, Jobsis2 a introduit pour la première fois le concept d’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) pour mesurer l’oxygénation cérébrale en 1977. Bien que la majorité des données publiées sur l’oxymétrie cérébrale aient démontré des résultats améliorés chez les patients chirurgicaux cardiaques, des études émergent identifiant des résultats améliorés dans la population chirurgicale non cardiaque.3 Études ont démontré une incidence accrue de résultats périopératoires indésirables chez les patients présentant une désaturation cérébrale importante de l’oxygène pendant la chirurgie.4

Cet article vise à expliquer les principes physiques sous-jacents à l’oxymétrie cérébrale et à évaluer les preuves à l’appui de leur utilisation dans différentes situations cliniques.

Physique

Les oxymètres cérébraux utilisent les NIRS pour obtenir des mesures continues non invasives des valeurs d’oxygénation cérébrale.5 Les oxymètres cérébraux sont constitués d’un moniteur connecté à des sondes d’oxymètre. Les tampons adhésifs fixent les sondes sur le cuir chevelu du patient. Les sondes sont le plus souvent appliquées sur le cuir chevelu recouvrant le lobe frontal. Les sondes contiennent une source de lumière en fibre optique et des détecteurs de lumière.6 Sources lumineuses libèrent de la lumière dans la gamme infrarouge par un processus d’émission stimulée de rayonnement ou par des diodes électroluminescentes.7 La lumière émise dans la gamme infrarouge est capable de pénétrer dans le crâne pour atteindre le tissu cérébral sous-jacent. Le crâne est transparent à la lumière dans le proche infrarouge.1 La lumière émise est absorbée, redirigée, diffusée ou réfléchie.8 Lorsque la lumière infrarouge entre en contact avec l’hémoglobine, une modification du spectre lumineux se produit, en fonction de l’état d’oxygénation de la molécule d’hémoglobine.8 La lumière réfléchie retourne vers la surface et est détectée par les détecteurs de lumière dans les sondes d’oxymétrie.8

Les oxymètres cérébraux calculent l’oxygénation cérébrale en utilisant la loi de Beer–Lambert.9 La loi de Beer–Lambert est une combinaison de deux lois physiques.

Loi de Beer

L’intensité de la lumière transmise diminue de façon exponentielle à mesure que la concentration d’une substance traversée par la lumière augmente.

Loi de Lambert

L’intensité de la lumière transmise diminue de façon exponentielle à mesure que la distance parcourue par la lumière à travers une substance augmente.

Selon ces lois, une quantité d’une substance, c’est-à-dire d’oxygène, peut être déterminée par la quantité de lumière que la substance absorbe.10

Les oxymètres cérébraux utilisent des algorithmes mathématiques impliquant la soustraction de valeurs obtenues auprès des émetteurs proches et éloignés du photodétecteur pour limiter la contamination par le sang extracrânien, et obtenir une lecture représentative des valeurs d’oxygénation cérébrale. Il existe de nombreux appareils d’oxymétrie cérébrale disponibles dans le commerce à usage clinique. Il existe une variabilité inter-appareils en ce qui concerne les mesures. La variabilité résulte de différentes longueurs d’onde de lumière émises par les sondes, de différentes sources de lumière,4 et de différents algorithmes mathématiques utilisés pour obtenir des valeurs d’oxygénation cérébrale.

Les valeurs d’oxymétrie cérébrale sont dérivées principalement du sang veineux et, contrairement aux oxymètres de pouls, elles sont indépendantes du flux sanguin pulsatile.12 Valeurs d’oxymétrie cérébrale reflètent un équilibre entre la consommation d’oxygène et l’apport d’oxygène au cerveau.

Interprétation clinique des mesures d’oxymétrie cérébrale

Les valeurs initiales d’oxymétrie cérébrale doivent être obtenues avant l’induction de l’anesthésie. Les valeurs normales vont de 60% à 80%; cependant, des valeurs inférieures de 55 à 60% ne sont pas considérées comme anormales chez certains patients cardiaques.8

Une oxygénation cérébrale adéquate dépend d’un débit sanguin cérébral et d’une teneur en oxygène adéquats. Les facteurs affectant l’un ou l’autre de ces facteurs entraîneront une réduction de l’oxygénation cérébrale et une réduction des valeurs d’oxymétrie cérébrale. Les variations anatomiques, par exemple un cercle incomplet de Willis ou une sténose sévère de l’artère carotide peuvent créer des erreurs dans les valeurs d’oxymétrie cérébrale; il est donc recommandé d’effectuer l’oxymétrie cérébrale de manière bilatérale. Le tableau 1 résume certains facteurs pouvant entraîner une diminution des valeurs d’oxygénation cérébrale causée par des altérations du flux sanguin ou de la teneur en oxygène.

Limites des mesures d’oxymétrie cérébrale

Tous les dispositifs de surveillance ont des limites. Les limitations associées à l’oxymétrie cérébrale comprennent:

• Le sang provenant d’une source extracrânienne peut créer des mesures erronées.4

• L’équipement électrochirurgical, c’est-à-dire la diathermie, peut affecter la précision de la mesure.4

• Les oxymètres cérébraux mesurent uniquement l’oxygénation cérébrale régionale. De grandes zones du cerveau restent non surveillées.4

• Les oxymètres cérébraux sont incapables d’identifier une cause de la désaturation.14

Applications cliniques

Des questions ont été soulevées quant à l’utilité clinique de la surveillance de l’oxymétrie cérébrale.1 Un nombre croissant d’études démontrent la capacité de la surveillance par oxymétrie cérébrale à détecter des épisodes cliniquement silencieux d’ischémie cérébrale.1 Les oxymètres cérébraux ont le potentiel d’être une protection importante pour la fonction cérébrale.1

Chirurgie cardiaque

Les patients subissant une chirurgie cardiaque courent un risque d’événements neurologiques périopératoires indésirables. La surveillance de l’oxymétrie cérébrale peut être utilisée, réduisant potentiellement l’incidence de ces événements dévastateurs.

Pontage aorto-coronarien

Des études ont été menées sur l’oxymétrie cérébrale chez des patients subissant une chirurgie cardiaque. Salter et ses collections15 ont mené une étude auprès de 265 patients subissant un pontage aorto-coronarien (CABG). Les patients ont été randomisés en deux groupes. L’oxymétrie cérébrale a été utilisée dans les deux groupes. Un groupe a reçu une surveillance de l’oxymétrie cérébrale et des interventions pour améliorer les valeurs d’oxymétrie cérébrale si elles diminuaient de 20% par rapport à une mesure préopératoire de base. Le deuxième groupe était un groupe témoin. L’étude a révélé une association entre la désaturation cérébrale et un dysfonctionnement cognitif postopératoire précoce. Cependant, l’étude n’a pas identifié d’association entre l’utilisation d’un protocole d’intervention guidé par l’oxymétrie cérébrale et une réduction de l’incidence du dysfonctionnement cognitif postopératoire.15

Un dysfonctionnement cognitif postopératoire persistant après une chirurgie cardiaque est controversé. Les méta-analyses16 ont identifié que le déclin cognitif persistant n’est pas aussi courant qu’on le pensait auparavant. Certains patients peuvent même montrer une amélioration de la fonction cognitive après une chirurgie de CABG.

Arrêt circulatoire hypothermique profond

Un certain nombre d’interventions chirurgicales cardiaques sont effectuées en utilisant un pontage cardiopulmonaire (CPB). Certaines procédures complexes nécessitent cependant l’arrêt de tout flux sanguin. L’arrêt circulatoire hypothermique profond décrit la réduction rapide de la température corporelle centrale, suivie de l’arrêt de la CPB. Le cerveau est vulnérable à l’ischémie pendant cette période. La surveillance de l’oxymétrie cérébrale peut fournir un moyen de surveiller et de détecter l’apparition de l’ischémie cérébrale.1 Cependant, il n’y a pas suffisamment de preuves entourant la sensibilité de la surveillance de l’oxymétrie cérébrale pendant une hypothermie profonde (températures < 25 ° C).

Chirurgie vasculaire

Endartériectomie carotidienne

L’endartériectomie carotidienne est associée à un AVC postopératoire. Les dispositifs de surveillance sont couramment utilisés pour détecter les périodes d’ischémie cérébrale. Les dispositifs de surveillance courants comprennent les Dopplers transcrâniens, les EEG et la surveillance des potentiels évoqués somatosensoriels (SSEP).

Les dopplers transcrâniens fournissent une mesure indirecte du flux sanguin cérébral en mesurant la vitesse du sang dans une artère cérébrale. Les mesures sont obtenues par des fenêtres transcrâniennes. Les fenêtres transcrâniennes se trouvent sur les parties les plus minces du crâne — l’os temporal, ou là où l’os est absent — l’orbite. Un cinquième des patients n’ont pas de fenêtre transcrânienne et, par conséquent, les études Doppler transcrâniennes ne peuvent pas être utilisées.1 La surveillance des PSE et des EEG est affectée par les agents anesthésiques et la diathermie chirurgicale.1 La surveillance de l’oxymétrie cérébrale peut être utilisée comme outil de détection de l’ischémie cérébrale.

Une réduction des valeurs d’oxymétrie cérébrale > de 12% par rapport à une valeur préopératoire initiale a été identifiée comme un seuil fiable, sensible et spécifique pour la détection de l’ischémie cérébrale.1 Une réduction des valeurs d’oxymétrie cérébrale après un serrage croisé de l’artère carotide interne peut indiquer la nécessité de placer un shunt pendant la procédure. Moritz et ses compagnies17 ont comparé différentes modalités de surveillance pour identifier l’ischémie cérébrale pendant la chirurgie carotidienne. Les résultats ont mis en évidence une précision similaire pour la détection de l’apparition de l’ischémie avec le suivi Doppler transcrânien et l’oxymétrie cérébrale, la moindre précision a été identifiée pour le suivi SSEP.

Syndrome d’hyperperfusion d’endartériectomie carotidienne

Le syndrome d’hyperperfusion d’endartériectomie carotidienne est causé par une augmentation du flux sanguin cérébral après réparation de la sténose carotidienne. Il se produit à la suite d’une altération de l’autorégulation cérébrale. Le syndrome est caractérisé par des maux de tête, un œdème cérébral, des convulsions, une hémorragie intracérébrale et la mort.

Il existe une corrélation entre les valeurs de saturation cérébrale en oxygène et les modifications du flux sanguin cérébral après le désamorçage de l’artère carotide interne.1 L’oxymétrie cérébrale pourrait être utilisée pour identifier les patients à risque de syndrome d’hyperperfusion cérébrale.18

Pédiatrie

Les nouveau-nés nés prématurément ont une autorégulation cérébrale altérée et courent un risque d’hémorragie intraventriculaire et de leucomalacie périventriculaire.9 La leucomalacie périventriculaire est généralement diagnostiquée par échographie transcrânienne. Les zones d’ischémie sont identifiées dans la substance blanche entourant les ventricules latéraux. Au moment où un diagnostic de leucomalacie périventriculaire a été posé, des dommages neurologiques permanents tels que des troubles visuels et une paralysie cérébrale se sont produits. Les changements dans les valeurs d’oxygène cérébral détectés par les oxymètres cérébraux fournissent une mesure indirecte des altérations du flux sanguin cérébral. La surveillance continue de l’oxygénation cérébrale peut permettre la détection précoce et la prévention de la leucomalacie périventriculaire et de l’hémorragie intraventriculaire.9

Utilisations supplémentaires

La surveillance de l’oxymétrie cérébrale est de plus en plus utilisée pour surveiller l’adéquation de la perfusion de tissus et d’organes lorsqu’elle est placée sur des sites autres que le cuir chevelu.1 Le NIRS est à l’étude comme marqueur potentiel de perfusion pour les tissus hépatiques, rénaux et splanchniques.1

Le NIRS est en outre évalué comme un outil de dépistage potentiel de la nécessité d’une transfusion sanguine chez les patients traumatisés à risque de choc hémorragique.1

Conclusion

L’oxymétrie cérébrale est une méthodologie de surveillance simple et non invasive qui peut améliorer les résultats des patients dans diverses situations cliniques; des preuves de son utilisation au-delà de la chirurgie cardiaque émergent continuellement. Cet article a mis en évidence certains des rôles croissants et des preuves de l’oxymétrie cérébrale dans la pratique clinique, d’autres recherches sont nécessaires pour valider la surveillance de l’oxymétrie cérébrale dans l’amélioration des résultats des patients chez les patients chirurgicaux cardiaques et non cardiaques.3

Déclaration d’intérêts

Aucune déclaration.

QCM

Les QCM associés (pour soutenir l’activité de FMC / DPC) sont accessibles au https://access.oxfordjournals.org par les abonnés à BJA Education.

Podcasts

Cet article a un podcast associé qui peut être consulté à http://www.oxfordjournals.org/podcasts/bjaed_cerebral_oximetry.mp3.