Thèse Année : 2022

Adaptation of a cerebral autoregulation monitoring tool for critically ill children supported by extracorporeal assistance

Adaptation d’un outil de monitorage de l’autorégulation cérébrale aux enfants gravement malades sous assistance extra corporelle

Nicolas Joram
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1503021
  • IdRef : 080800688

Résumé

Patients supported by ECMO for severe respiratory and/or haemodynamic failure are at high risk of developing neurological complications. Cerebral autoregulation (CAR) is a physiological response to maintain stable cerebral blood flow (CBF) in response to changes in arterial blood pressure (ABP) if the latter is maintained between a lower (LLA) and an upper limit of autoregulation (ULA). In various pathologies, including traumatic brain injury, it has been shown that alterations in CAR are associated with a poor neurological outcome. In addition, animal studies have shown disturbances in CAR induced by the use of ECMO itself, suggesting that this technique may contribute to the creation or aggravation of brain injury in these patients. CAR can be estimated by calculating a correlation index (Cerebral Oxymetry Index, COx) between changes in ABP and cerebral tissue oxygen saturation (rSO2) used as a surrogate for CBF. When the CAR is preserved, rSO2 is not affected by changes in ABP, resulting in a decrease in the COx value. When the CAR is impaired, changes in rSO2 are directly correlated with changes in BP, with COx tending towards 1.The first pre-clinical part of this work consisted in adapting a continuous CAR monitoring tool (ICM+ software, University of Cambridge) to children assisted by ECMO: signal collection, past processing, automation of curve analysis, calculation of variables of interest.The second prospective clinical part including 29 children evaluated the feasibility of this monitoring at the bedside. The main results were that a COx signal was obtained in 100% of the patients and an optimal ABP, LLA and ULA value during 90.8% of the monitoring time. The mean COx was significantly higher on the first day of ECMO compared to the second (0.1 (0.02-0.15) vs 0.01 (-0.05-0.1), p=0.002). In children with an acute neurological event (ANE) on ECMO (stroke and/or seizure and/or brain death, n=12), the mean COx and the percentage of time spent with a COx greater than 0. 3 were significantly higher compared to unaffected children (0.09 (0.01-0.23) vs 0.04 (-0.02-0.06), p=0.04 and 33.3% (24.8-62.1) vs 20.8% (17.3-23.7), p=0.001, respectively). The time spent below the LLA and above the ULA were also significantly higher in those patients presenting ANE compared to those without (17.2% (6.5-32.9) vs. 5.6% (3.6-9.9), p=0.02 and 13% (5.3-38.4) vs. 4.2% (2.7-7.4), p=0.004, respectively).The third part was devoted to the study of the influence of gas exchange on CAR in this population. In this study (n= 30 children), 402 arterial blood gases were collected and CAR metrics were averaged during the hour before each sampling. The relationship between COx value and PaCO2 was not linear but COx value tended to be higher in hypercapnia compared to normocapnia. MAP, LLA and ULA values were expressed as a percentage of the MAP expected for age (nMAP, nLLA and nULA). Considering the full duration of ECMO support, a small but statistically significant correlation between PaCO2 and nULA (R=0.389, p=0.006) was found. On the first day of ECMO, this correlation was stronger (R=0.738, p=0.03) and a positive correlation between nLLA and PaCO2 was observed (R=0.606, p=0.002). A very weak negative correlation between PaO2 and nULA was observed during the whole treatment and during the first day of ECMO (R=-0.07 p=0.03 and R=-0.136 p=<0.0001 respectively).

Les patients assistés par ECMO pour une défaillance respiratoire et/ou hémodynamique sévère sont à haut risque de développer des lésions neurologiques. L’autorégulation cérébrale (ARC) est une réponse physiologique permettant de maintenir le débit sanguin cérébral (DSC) stable face aux variations de pression artérielle (PA) si celle-ci se maintient entre une limite inférieure (Lower Limit of Autoregulation (LLA)) et une limite supérieure (Upper Limit of Autoregulation (ULA)). Dans différentes pathologies dont le traumatisme crânien, il a été démontré que les altérations de l’ARC étaient associées à un mauvais pronostic neurologique. Par ailleurs, des études animales ont mis en évidence des perturbations de l’ARC induites par la mise en place d’une ECMO, suggérant que cette technique pourrait participer à la création ou à l’aggravation des lésions cérébrales chez ces patients. L’ARC peut être estimée par le calcul d’un index de corrélation (Cerebral Oxymetry Index, COx) entre les variations de la PA et de la saturation tissulaire cérébrale en oxygène (rSO2) utilisée comme substitut du DSC. Lorsque l'ARC est préservée, la rSO2 n’est pas impactée par les modifications de la PA, ce qui se traduit par une diminution de la valeur du COx. Lorsque l'ARC est altérée, les modifications de rSO2 sont directement corrélées aux changements de PA, le COx tendant alors vers 1.La première partie pré-clinique de ces travaux a consisté à adapter un outil de monitorage continu de l’ARC (logiciel ICM+, Université de Cambridge) aux enfants assistés par ECMO : recueil du signal, past processing, automatisation de l’analyse des courbes, calcul des variables d’intérêt.La seconde partie clinique prospective incluant 29 enfants a évalué la faisabilité de ce monitorage au lit du patient. Les résultats principaux étaient l’obtention d’un signal de COx chez 100% des patients et d’une valeur de PA optimale, de LLA et d’ULA durant 90,8% du temps de monitorage. Le COx moyen était significativement plus élevé durant le premier jour d’ECMO comparé au second (0.1 (0.02-0.15) vs 0.01 (-0.05-0.1), p=0.002). Chez les enfants ayant présenté un évènement neurologique aigu (ENA) sous ECMO (accident vasculaire cérébral et/ou convulsions et/ou mort cérébrale, n=12), le COx moyen et le pourcentage de temps passé avec un COx supérieur à 0.3 étaient significativement plus élevés comparés aux enfants indemnes (0.09 (0.01-0.23) vs 0.04 (-0.02-0.06), p=0.04 et 33.3% (24.8-62.1) vs 20.8% (17.3-23.7), p=0.001, respectivement). Le temps passé en dessous de la LLA et au-dessus de l’ULA était également significativement supérieur chez ces patients ayant présenté un ENA comparés aux autres (17.2% (6.5-32.9) vs 5.6% (3.6-9.9), p=0.02 et 13% (5.3-38.4) vs 4.2% (2.7-7.4), p=0.004, respectivement).La troisième partie était consacrée à l’étude de l’influence des échanges gazeux sur l’ARC dans cette population. Dans cette étude (n= 30 enfants), 402 gaz du sang artériels ont été recueillis et les paramètres d’ARC étaient moyennés durant l’heure précédant chaque prélèvement. La relation entre la valeur de COx et la PaCO2 n’était pas linéaire mais la valeur de COx avait tendance à être plus élevée en cas d’hypercapnie comparée à la normocapnie. Les valeurs de MAP, de LLA et d’ULA étaient exprimées en pourcentage de la MAP attendue pour l’âge (nMAP, nLLA and nULA). Considérant la durée complète de l’assistance par ECMO, une corrélation faible mais statistiquement significative entre la PaCO2 et la nULA (R=0.389, p=0.006) a été mise en évidence. Durant le premier jour d’ECMO, cette corrélation était plus forte (R=0.738, p=0.03) et une corrélation positive entre la nLLA et la PaCO2 était observée (R=0.606, p=0.002). Une très faible corrélation négative entre la PaO2 et la nULA était observée durant l’ensemble du traitement et durant le premier jour d’ECMO (R=-0.07 p=0.03 and R=-0.136 p=<0.0001 respectivement).

Fichier principal
Vignette du fichier
TH2022PESC0038.pdf (10.67 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)
Licence

Dates et versions

tel-04932452 , version 1 (06-02-2025)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-04932452 , version 1

Citer

Nicolas Joram. Adaptation d’un outil de monitorage de l’autorégulation cérébrale aux enfants gravement malades sous assistance extra corporelle. Médecine humaine et pathologie. Université Paris-Est, 2022. Français. ⟨NNT : 2022PESC0038⟩. ⟨tel-04932452⟩

Collections

132 Consultations
361 Téléchargements

Partager

  • More