Epuration extracorporelle de CO2 et SDRA (ECCO2R or (interventional lung assist) or (extracorporeal CO2 removal)) and (ards OR (lung injury)) JC RICHARD Service de réanimation médicale et d'assistance respiratoire Hôpital de la Croix-Rousse LYON

Gattinoni 1978 Anesth Analg Introduction Technique développée années 1970 Utilisée en clinique en combinaison avec ventilation "apnéique" "Enterrée" à la suite d'un RCT négatif Remise au goût du jour par des progrès technologiques (Abords percutanés, biocompatibilité,  besoins héparine..) Gattinoni 1978 Anesth Analg Gattinoni 1986 JAM Morris 1994 AJRCCM

Définitions Gattinoni 1978 BJA Sang Veineux The good news is that a half liter of blood contains an amount of CO2 equivalent to the entire CO2 produced per minute by the body metabolism. Therefore, the theory is that we can completely substitute the CO2 elimination function of the lung by treating just 1 L of blood per minute (if our efficiency is 50%) or even a half liter (if our efficiency is 100%). Oxygen is carried in blood bound to hemoglobin, and the maximum content of oxygen is defined by the equation CaO2 0.139 x hemoglobin x SaO2 + 0.03 x PaO2 (mLO2/dL). From this equation it is immediately obvious how, under normobaric conditions, the blood oxygen content cannot exceed 15 to 20 mLO2/dL according to hemoglobin concentration; however, the most relevant consideration refers to the fact that the extracorporeal device is fed by venous blood, whose saturation cannot be lower than a given value (65% to 70%). Therefore, in most conditions, we can only add to venous blood little more than onequarter of its total capacity for oxygen, reaching with some difficulty a range between 7 mLO2/dL and 5 mLO2/dL (according to the hemoglobin concentration). This mandates extracorporeal blood flows of at least 5 L/min if we need to cope with the patient’s entire oxygen consumption (250–300 mL/min) maintaining normal venous saturation levels. Blood oxygenation therefore requires a high blood flow, whereas gas flow can be, in principle, as low as the oxygen consumption. Sang Veineux Qtité de CO2 dans 1L de sang (ml) 500 250 VCO2 (mL/min) Débit de sang (mL/min) pour compenser la VCO2 (eff=100%) 500 Débit de sang (mL/min) pour compenser la VCO2 (eff=50%) 1000 Sang Veineux Sang oxygéné Hb (g/L) 120 70 SO2(%) 100 PaO2(mm Hg) 50 700 CaO2(mL/L) 118 188 DAV(mL/L) Débit de sang (L/min) pour compenser la VO2 (250-300ml/min) 4

Comment épurer le CO2 ? Débit de balayage PaCO2 Débit sang Epuration CO2 Dialyse UF NaOH THAM CO2 + H2O  + H+ HCO3- HB-CO2 CO2 dissous 80% 10% 10%

Pourquoi utiliser une technique d'extraction du CO2 au cours du SDRA? Hypoxémie sévère Acidose respiratoire Ventilation trop "agressive" ECMO ECCO2R de sauvetage ECCo2R prophylactique Ventilation ultraprotectrice

Techniques disponibles

Interventional Lung Assist (iLA) Principes Muller2009 ERJ Liebold 2000 Eur J Cardiothorac Surg Canules, circuit et membranes recouvertes d’héparine Taille canules artérielles 15-19 F, veineuse +2F Débit d’02 10-12 L Débit dans la canule 1-2,5L Surface d’échange 1,3 m2 Durée maximale d’utilisation constructeur 29 jours SYSTEM NOVALUNG Priming volume 175 mL Canules artérielles 15-19 F (V+2F) Surface d'échange 1.3 m2 Balayage O2 10-12 L/min Volume circuit 150 mL

Interventional Lung Assist (iLA) Principes Muller2009 ERJ 96 SDRA 262 mesures

Interventional Lung Assist (iLA) Principes Muller2009 ERJ r=0.43 p<0.01 r=-0.78 p<0.01 r=0.23 p<0.01 O2 transfer = 16% r=0.23 p<0.01 r=0.27 p<0.01 CO2 removal = 51% r=0.34 p<0.01

Interventional Lung Assist (iLA) Morbidité Bein 2006 CCM Zimmermann 2009 Crit Care 51 SDRA Canules artérielles (1517F) < 70% diamètre vx 90 SDRA Canules artérielles 13  21F

Interventional Lung Assist (iLA) Efficacité sur les échanges gazeux Bein 2006 CCM Zimmermann 2009 Crit Care 51 SDRA Canules artérielles (1517F) < 70% diamètre vx 90 SDRA Canules artérielles 13  21F Epuration CO2 = 141 ml/min [85-211] Débit ILA = 2,2 [1,9-2,5] Débit ILA = 1,8 [1,6-2,0] CO2 removal = 140 ml/min (normal 250)

Terragni 2009 Anesthesiology Decap Pression d'aval   Risque de bullage UF en prédilution  Ht   risque coagulation filtre Recirculation CO2 dissous   efficacité Terragni 2009 Anesthesiology The membrane lung and the hemofilter were coupled in series to: increase the pressure inside the membrane lung by adding the downstream resistance exerted by the hemofilter and therefore reduce the risk of air bubble formation20; minimize the need for heparin by diluting the blood entering the membrane lung by recirculating the plasmatic water separated by the hemofilter (3) enhance the performance of the extracorporeal device extracting the carbon dioxide dissolved in the plasmatic water separated by the hemofilter and recirculated through the membrane lung. Double pompe péristaltique (sang+UF) Débit sang: 100-450 ml/min Débit d'UF 150 ml/min Surface d'échange 0.33 m2 cathéter veineux double lumière 14F Balayage O2 8 L/min volume circuit 150 mL

Decap Efficacité sur les échanges gazeux Livigni 2006 Crit Care 7 porcs Réduction de la VM CO2 removal is directly proportional to the BF. O2 and CO2 transfer rates are 25 ml O2/l blood and 17 ml CO2/l blood with 400 ml/min of BF and an equal flow of O2. The maximum filter and circuit use time suggested by the manufacturer is 48 h, although CO2 removal capacity decreases after several hours. In our experience it is best to change the filter approximately every 12–24 h for optimal performance directly proportional to the BF. O2 and CO2 transfer rates are 25 ml O2/l blood and 17 ml CO2/l blood with 400 ml/min of BF and an equal flow of O2.

Terragni 2009 Anesthesiology Decap Morbidité Terragni 2009 Anesthesiology 10 patients avec SDRA traités pendant 72 heures CO2 removal is directly proportional to the BF. O2 and CO2 transfer rates are 25 ml O2/l blood and 17 ml CO2/l blood with 400 ml/min of BF and an equal flow of O2. The maximum filter and circuit use time suggested by the manufacturer is 48 h, although CO2 removal capacity decreases after several hours. In our experience it is best to change the filter approximately every 12–24 h for optimal performance directly proportional to the BF. O2 and CO2 transfer rates are 25 ml O2/l blood and 17 ml CO2/l blood with 400 ml/min of BF and an equal flow of O2.

Hemolung respiratory assist system Principes Cœur rotatif Débit sang: 300-600 ml/min Surface d'échange 0.6 m2 cathéter veineux double lumière 15F pompe à cœur rotatif balayage 10 L/min Volume circuit 300 mL

Hemolung respiratory assist system Efficacité sur les échanges gazeux 7 porcs normaux sous VM Batchinsky 2011 CCM Attention SEM Aucun étude clinique disponible

Caractéristiques respectives iLA DECAP HEMOLUNG Avantages Système « pumpless »  Charge de travail réduite 1 seul cathéter veineux Inconvénients Abord artériel Ischémie artérielle Pression motrice minimale 60-80 mm Hg Échanges thermiques (absence de réchauffeur) Effets hémodynamiques du shunt Abord veineux de gros calibre Embolie gazeuse Embolie Contre-indications Insuffisance cardiaque NAD > 0,4/kg/min Besoins d’inotropes Pathologie vasculaire ? Anticoagulation OUI Durée max d'utilisation 29 jours 2 jours ( efficacité après 12-24h) Surveillance particulière Ischémie (Oxymétrie de pouls, CPK) Débit sang (doppler)

Ventilation ultraprotectrice

Ventilation ultraprotectrice Kolobow 1977 Trans Am Soc Artif Intern Organs

Barotraumatisme Etude ALIEN (villar 2011): PNO 8.1% (vt =7)

30 patients ventilés selon ARMA More protected (n=20) Terragni. AJRCCM 2007 30 patients ventilés selon ARMA étudiés en TDM Less protected (n=10)

30 patients ventilés selon ARMA Terragni. AJRCCM 2007 30 patients ventilés selon ARMA étudiés en TDM p < 0.01

14 porcs soumis à déplétion en surfactant 7 porcs sous VMC VT 6 ml/kg PEP 5 7 porcs iLA + VT 3 ml/kg PEP 5 Dembiski 2007 CCM

Mortalité hospitalière Zimmermann 2009 Crit Care Mortalité hospitalière 49%

Terragni. 2009 Anesthesiology

Terragni. 2009 Anesthesiology Control DECAP Control DECAP Control DECAP Control DECAP

Effets démontré sur le pronostic des malades ?

Etudes cliniques ILA Decap Nierhaus 2011 13 Rescue Rétro NON 15% 54% Année de publication Nombre de malades Contexte Design Comparatif EIG Mortalité Nierhaus 2011 13 Rescue Rétro NON 15% 54% Lubnow 2010 21 29% 57% Zimmermann 2009 51 VUP Pro 12% 51% Arlt 20 extraHosp NR 50% Muellenbach 2008 22 23% 27% 2006 8 38% Bein 90 24% 59% 2005 5 TBI 20% Conrad 2001 0% Liebold 2000 60% Decap Année de publication Nombre de malades Contexte Design Comparatif EIG Mortalité Terragni 2009 10 VUP Pro OUI ?

Conclusion Technique prometteuse pour réduire le stress ventilatoire Développements méthodologiques en cours pour améliorer l'efficacité iLA = technique la plus évaluée Preuve formelle d'efficacité requise (risques++) Xtravent (fin des inclusions janvier 2011) Decap (RCT à venir) Sélection des patients à cibler particulièrement à déterminer