Préservation et reperfusion de l’organe greffé

2009


ANALYSE

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Syndrome d’ischémie/reperfusion et préservation en transplantation rénale

En transplantation rénale, seulement un tiers des patients inscrits sur liste d’attente sont greffés chaque année. Ce constat amène à rechercher de nouvelles sources de greffons pour tenter de remédier à cette pénurie. Le prélèvement des organes provenant des donneurs à cœur arrêté est une piste actuellement suivie par plusieurs équipes. Ces considérations amènent à repenser les moyens de conservation et leur pertinence pour ce genre de donneurs. Actuellement, les reins provenant de donneurs en état de mort encéphalique sont soumis obligatoirement à une période de conservation à 4 °C (ischémie froide) en attendant d’être attribués à un receveur compatible, puis transplantés.
Tous les organes en transplantation sont exposés aux lésions du syndrome d’ischémie/reperfusion. Ce syndrome regroupe actuellement un ensemble de processus physiopathologiques responsable de lésions au niveau du greffon. Ces lésions sont liées à l’hypothermie per se et à l’hypoxie contemporaines de la conservation, mais également au réchauffement associé à la réoxygénation de l’organe au cours de la reperfusion (Rauen et de Groot, 2004renvoi vers et figure 7.1Renvoi vers).
Figure 7.1 Origine des lésions d’ischémie/reperfusion du greffon
En réalité, l’ischémie/reperfusion (I/R) s’intègre dans un processus plus large incluant les lésions de l’organe associées à la phase de réanimation du donneur, à la mort encéphalique, aux difficultés du prélèvement et aux conditions de la transplantation chez le receveur, ainsi que les lésions cérébrales. Il faut également ajouter les facteurs de risque du receveur qui peuvent contribuer au développement des lésions du greffon (Pratschke et coll., 2004renvoi vers; Bos et coll., 2007renvoi vers; tableau 7.Irenvoi vers).

Tableau 7.I Principales étapes pouvant influencer le développement de lésions au niveau du greffon

Étape
Facteur
Donneur
Causes de la mort
Morbidités associées (hypertension artérielle, dyslipidémie...)
Traitements utilisés
Mort encéphalique
Phase de réanimation
Instabilité hémodynamique
Problèmes d’oxygénation adaptée
Orage végétatif
Administration de vasoconstricteurs
Prélèvement
Conservation
Difficultés techniques
Saignement
Refroidissement difficile
Conservation de mauvaise qualité
Durée d’ischémie froide prolongée
Reperfusion
Devenir à long terme
Durée d’anastomose
Facteurs immunologiques
Traitement immunosuppresseur

Impacts de l’ischémie/reperfusion sur la survie du greffon et conséquences cliniques

L’I/R est un des facteurs majeurs à l’origine de la reprise retardée de fonction qui entraîne un surcoût de la transplantation par l’hospitalisation prolongée et la nécessité de recourir à des séances de dialyse, et surtout un risque accru de rejet aigu et une réduction de la survie des greffons à long terme. La fréquence des reprises retardées de fonction varie entre 2 et 50 % en fonction des équipes, du type de donneur, de la durée de conservation et des difficultés techniques (Perico et coll., 2004renvoi vers). Dans le contexte actuel de manque d’organes, les lésions d’I/R sont prépondérantes avec des facteurs favorisants comme l’âge du donneur supérieur à 60 ans, une ischémie froide1 de durée supérieure à 24 h, une ischémie chaude2 associée et prolongée, et la cause de la mort encéphalique (accident vasculaire) (figure 7.2Renvoi vers). Les lésions préexistantes au niveau des reins chez le donneur sont également à prendre en compte comme les lésions de glomérusclérose avec atrophie tubulaire ou les lésions de fibrose interstitielle et vasculaires (Schwarz et Oberbauer, 2003renvoi vers; Opelz et Döhler, 2007renvoi vers). Les facteurs impliqués dans la non-fonction primaire3 du greffon semblent liés aux complications chirurgicales, à l’âge du donneur et du receveur supérieur à 60 ans, à un mauvais appariement HLA donneur/receveur et à une durée prolongée sur liste d’attente (Weiss-Salz et coll., 2004renvoi vers). D’autres facteurs peuvent intervenir parmi lesquels les complications vasculaires (thromboses ou sténoses), les infections, les effets secondaires des agents immunosuppresseurs et la non observance du traitement (Pratschke et coll., 2008renvoi vers). À l’ensemble de ces facteurs non immunologiques peuvent se surajouter des facteurs immunologiques qui vont conditionner le devenir du greffon. L’I/R est lui-même un facteur non immunologique influençant de façon précoce le devenir du greffon pour différents organes (Shaw et coll., 1985renvoi vers; Vacanti et coll., 1987renvoi vers; Greig et coll., 1989renvoi vers; Ploeg et coll., 1993renvoi vers; Sheridan et Bonventre, 2000renvoi vers; Weiss et coll., 2007renvoi vers).
Figure 7.2 Facteurs influençant la survie du greffon après transplantation
Le phénomène d’I/R, initialement considéré comme un événement entourant le prélèvement, la conservation et la reperfusion, inclut aujourd’hui plus largement l’état du donneur, avec la période de la mort encéphalique ou celle de l’ischémie chaude dans le cas des donneurs à cœur arrêté.
La mort encéphalique entraîne des modifications hormonales avec une diminution de l’ADH (hormone anti-diurétique), de l’ACTH (Adreno CorticoTropic Hormone), des hormones thyroïdiennes et de la TSH (Thyroid Stimulating Hormone). Ces anomalies s’associent à une instabilité hémodynamique, à une production de catécholamines et de cytokines, à une réaction inflammatoire et à l’activation du complément (Bos et coll., 2007renvoi vers). Il s’ensuit des modifications de la volémie4 , l’installation d’un diabète insipide5 , pouvant s’accompagner d’une hypoperfusion du rein. L’endothélium est activé par un afflux de cellules inflammatoires et une activation de la coagulation qui vont avoir des conséquences sur le devenir de l’organe. Dans ce contexte, des moyens de protection vont se mettre en place et concernent l’hème-oxygénase 1 (HO-1), les Heat Shock Proteins (HSP 70) et la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD) (Nijboer et coll., 2004renvoi vers; Schuurs et coll., 2004renvoi vers; Bos et coll., 2005renvoi vers). Dans le cas d’une transplantation à partir de donneur vivant, l’expression de HO-1 peut être le témoin de la mise en place de moyens de protection tandis que dans celui d’un donneur en mort encéphalique, il peut au contraire être le marqueur des lésions (Bos et coll., 2007renvoi vers).
À ce jour, le mode de conservation le plus utilisé pour les greffons après leur prélèvement reste la conservation statique dans une solution à 4 °C, après que l’organe ait été correctement lavé, le plus souvent par la même solution de conservation. Le but principal est de maintenir la viabilité des différents organes ex vivo pendant une période de temps suffisante pour leur transport éventuel du centre préleveur vers les centres transplanteurs, leur attribution selon le degré d’urgence, de priorité ou de meilleure compatibilité tissulaire et l’utilisation de tous les organes prélevés. La durée de conservation peut aller jusqu’à 48 heures (d’après les modèles théoriques thermodynamiques et d’après des données expérimentales). La gestion des organes est très différente selon qu’il s’agit d’un organe vital comme le cœur, le foie et le poumon, ou le rein pour lequel un retard à la reprise de fonction du greffon est tolérable grâce au recours à l’hémodialyse. Il est admis que la durée de la conservation représente un des facteurs prépondérants de reprise différée de fonction des greffons, avec une limite idéalement pour le rein se situant aux environs de 18 h (Opelz et Döhler, 2007renvoi vers).
Il apparaît que les solutions de conservation ne peuvent prévenir de façon exhaustive les lésions liées à l’I/R (Rauen et De Groot, 2004renvoi vers; Salahudeen, 2004renvoi vers; Jamieson et Friend, 2008renvoi vers). Les avancées récentes sur les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’I/R ont permis de mettre en évidence les composants importants de ce processus (Salahudeen, 2004renvoi vers).
Les conséquences des lésions d’I/R concernent tous les organes et l’effet le plus tangible est la reprise différée de fonction qui peut se définir comme la divergence entre la capacité fonctionnelle de l’organe transplanté et les besoins physiologiques du receveur. Le retard de fonction entraîne des difficultés dans la prise en charge des patients au décours de la transplantation en particulier pour le diagnostic de rejet aigu, l’adaptation posologique des médicaments potentiellement néphrotoxiques, un allongement de la durée d’hospitalisation et un surcoût évident.
L’I/R peut favoriser le risque de rejet aigu avec la mise en évidence d’une augmentation de la production de cytokines et d’une hyperexpression des antigènes du CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) de classe I et II sur les cellules présentatrices, responsable d’une immunogénicité accrue. Plusieurs études ont confirmé que les patients présentant des reprises différées de fonction immédiatement après la greffe ont un pourcentage élevé de rejets aigus (Nicholson et coll., 1996renvoi vers; Ojo et coll., 1997renvoi vers). Ces faits restent d’actualité avec l’emploi des nouveaux traitements immunosuppresseurs (Mikhalski et coll., 2008renvoi vers). Les lésions précoces peuvent aussi participer au développement des lésions chroniques par le biais de l’immunité innée (Land, 2005arenvoi vers et brenvoi vers).
Des études récentes (Land, 2005brenvoi vers; Boros et Bromberg, 2006renvoi vers) expérimentales et cliniques suggèrent que des composés mis en jeu dans le processus d’I/R pourraient contribuer au développement des lésions chez le patient transplanté :
• les espèces réactives de l’oxygène (ERO) activent le système inné du donneur et du receveur ;
• certains ligands des Toll-Like Receptors (TLRs) au niveau de l’hôte comme les HSP interagissent avec les cellules dendritiques TLR4 positives et les activent. Les cellules dendritiques induisent la réponse allo-immune adaptative (rejet aigu). Les cellules dendritiques interagissent également avec les cellules vasculaires TLR4 positives et les activent, contribuant ainsi au développement des lésions chroniques ;
• la signalisation liée au TLR4 est impliquée dans les lésions de reperfusion, et semble impliquer le marqueur de différenciation myéloïde 88-indépendant, le domaine Toll du récepteur de l’interleukine-1 induisant l’activation des voies dépendantes de l’interféron γ (IFN-γ) qui semblent associées à la maturation des cellules dendritiques.

Mécanismes physiologiques mis en jeu au cours de la conservation

Depuis plusieurs dizaines d’années, les principes de la conservation ont reposé sur des principes et des bases empiriques (Hicks et coll., 2006renvoi vers). Les deux points essentiels étaient :
• l’hypothermie autour de 4 °C reposant sur le principe de la diminution du métabolisme de 50 %, en réduisant la température par paliers de 10 °C ;
• la composition d’une solution de conservation devait ressembler au milieu intra-cellulaire avec une composition essentiellement hyperpotassique.

Potassium et ATP

Les solutions de conservation hyperpotassiques présentent des effets indésirables, qui étaient partiellement masqués par les effets bénéfiques des colloïdes et des imperméants ajoutés aux premières solutions cristalloïdes pures. Les concentrations élevées en K+ sont à l’origine d’une dépolarisation cellulaire, qui induit au niveau du muscle lisse vasculaire une contraction par ouverture des canaux calciques dépendants du voltage (figure 7.3Renvoi vers). La vasoconstriction induite, même si elle est plus faible à 4 °C, augmente les pressions de perfusion pendant le rinçage de l’organe, et diminue le débit de perfusion pendant la reperfusion. Pour combattre cette vasoconstriction, certaines équipes ajoutent des inhibiteurs calciques aux solutions de conservation, alors qu’il suffirait d’utiliser des solutions non-hyperpotassiques. La perte du gradient de concentration potassique de part et d’autre de la membrane cellulaire entraîne une accélération du fonctionnement des pompes ioniques qui accentue la déplétion en composés riches en énergie (ATP et, selon les tissus, phosphocréatine) (figure 7.4Renvoi vers). La dégradation de l’ATP représente la principale source de protons H+ génératrice d’acidose.
Ces effets du potassium et de la chute de l’ATP ne sont pas sans conséquence sur le lit vasculaire de l’organe conservé et en particulier en cas de conservation prolongée. Dragun et coll. ont rapporté l’effet de la conservation prolongée sur les lésions vasculaires (Dragun et coll., 2001renvoi vers).
Figure 7.3 Effet du potassium sur la contraction des myocytes (partie supérieure) et sur celle de l’aorte de rat ayant une hypertension portale (partie inférieure)
Figure 7.4 Concentration d’ATP dans le rein de rat isolé perfusé durant l’ischémie froide. Des résultats similaires ont été obtenus dans le modèle de cœur isolé (d’après Bauza et coll., 1996renvoi vers; Eugene et coll., 1997renvoi vers)

Calcium

Le Ca2+ joue également un rôle important (et variable suivant l’organe conservé) au cours de l’hypoxie et de l’hypothermie. Ce rôle est lié au fait que le Ca2+ est régulé de manière extrêmement étroite au niveau du cytosol et dans les différents organites et réservoirs de la cellule. Il joue un rôle majeur dans l’activation de différentes protéases comme la calpaïne, ou celle d’autres composés intervenant dans la formation de xanthine oxydase. La calpaïne intervient dans l’altération du cytosquelette de la cellule (Jassem et coll., 2002renvoi vers; Rauen et De Groot, 2004renvoi vers; Salahudeen, 2004renvoi vers; Jamieson et Friend, 2008renvoi vers) (figure 7.5Renvoi vers).
Il est clair que l’homéostasie calcique est perturbée lors de la conservation à cause des dysfonctions des différents transporteurs impliqués dans sa régulation (Rauen et de Groot, 2004renvoi vers). Une augmentation de la concentration du Ca2+ cytosolique est reconnue comme un médiateur décisif des lésions d’hypoxie dans différents types cellulaires incluant les cellules tubulaires rénales, les hépatocytes et les cardiomyocytes (Blankensteijn et Terpstra, 1991renvoi vers; Kribben et coll., 1994renvoi vers; Rosser et Gores, 1995renvoi vers; Piper et Garcia-Dorado, 1999renvoi vers; Auger et coll., 2003renvoi vers; Padanilam, 2003renvoi vers). L’augmentation du Ca2+ cytosolique est liée à l’inhibition des transporteurs ATP dépendants et induit l’activation de nombreuses enzymes dépendantes du Ca2+ qui vont participer à de nombreux mécanismes lésionnels létaux au niveau de la cellule. La surcharge calcique est retrouvée également au niveau de la mitochondrie et entraîne des effets délétères pour l’intégrité et les fonctions de celle-ci.
Figure 7.5 Impact du calcium au niveau de la cellule. En rouge sont indiquées les voies ou enzymes qui sont activées ou modifiées et en noir les conséquences de ces modifications

Imperméants et colloïdes

Au syndrome d’ischémie/reperfusion est associé un œdème cellulaire lié entre autres à l’accumulation des métabolites produits pendant la dégradation de l’ATP et à la production d’ions H+, qui surviennent pendant la conservation hypothermique. L’œdème, intracellulaire et interstitiel, est particulièrement délétère sur la viabilité cellulaire et l’intégrité de la matrice extracellulaire. L’œdème tissulaire entraîne par ailleurs une compression du lit vasculaire et une augmentation de la résistance vasculaire qui diminue le débit de perfusion de l’organe au moment de la reperfusion. Au niveau intracellulaire, il entraîne un gonflement mitochondrial qui s’accompagne d’un dysfonctionnement du métabolisme aérobie, d’une augmentation de la production de radicaux libres oxygénés et de la destruction des membranes cellulaires. La présence dans le milieu extracellulaire de molécules exerçant une pression oncotique permettant d’éviter l’œdème est indispensable. Il est classique de diviser les molécules limitant l’œdème en deux familles : les imperméants et les colloïdes.
Les imperméants sont soit des sucres (raffinose, sucrose, mannitol, glucose) qui limitent par la pression osmotique qu’ils exercent dans le compartiment vasculaire, la formation de l’œdème intracellulaire (leur efficacité étant proportionnelle à l’importance de leur poids moléculaire) ; soit des anions tels que le citrate, le gluconate ou l’acide lactobionique qui présentent également un effet protecteur de membrane. Le glucose pouvant passer la membrane cellulaire n’est pas considéré comme un imperméant efficace (Mühlbacher et coll., 1999renvoi vers). Les autres saccharides comme le mannitol, le sucrose, ou le raffinose ont été employés dans différentes solutions (Coffey et Andrews, 1983renvoi vers; Lam et coll., 1989renvoi vers). Les imperméants qui ne sont pas des sucres comme le gluconate, le citrate ou le lactobionate limitent l’œdème cellulaire par leur effet électrochimique et l’efficacité de ces anions est déterminée par leur charge et leur poids moléculaire.
Les colloïdes tels que l’hydroxy-éthyl amidon (HEA), le polyéthylèneglycol (PEG), l’albumine, le dextran… ne peuvent pas passer la membrane cellulaire et préviennent la constitution d’un œdème interstitiel par la pression oncotique qu’ils exercent au niveau de l’espace intra vasculaire. Leur utilisation semble particulièrement bénéfique pour des temps d’ischémie longs. Le rôle de certains de ces colloïdes comme l’HEA reste discuté (Ploeg et coll., 1992renvoi vers; van der Plaats et coll., 2004renvoi vers). Il a été démontré que l’HEA augmentait les amas des globules rouges pouvant perturber le lavage et induire une reperfusion inhomogène (Morariu et coll., 2003renvoi vers; van der Plaats et coll., 2004renvoi vers). Ces constatations ont conduit à l’évaluation de nouvelles molécules comme le PEG qui semble prometteur (Ben Abdennebi et coll., 2002renvoi vers; Faure et coll., 2004arenvoi vers et brenvoi vers; Dutheil et coll., 2006renvoi vers; Fuller et coll., 2006renvoi vers; Maathuis et coll., 2008renvoi vers; Hauet et Eugene, 2008renvoi vers).
Le fait que les solutions de conservation doivent au moins être pourvues d’un imperméant ou d’un colloïde est acquis. Les solutions ne comportant pas de telles associations de molécules comme les solutions Custodiol® ou Celsior® démontrent une efficacité limitée pour des temps de conservation prolongée (> 18 h) mais inchangée pour des temps plus courts (Fiser et coll., 2001renvoi vers; McLaren et Friend, 2003renvoi vers; Agarwal et coll., 2006renvoi vers; Maathuis et coll., 2007arenvoi vers; Opelz et Döhler, 2007renvoi vers).
La perfusion de l’organe au moment du prélèvement, et donc la qualité du rinçage du lit vasculaire, seront d’autant meilleures que la viscosité de la solution sera basse. Il est donc clair qu’une solution idéale est une solution dont l’index de viscosité n’est pas trop élevé. Cependant, la solution UW qui a une viscosité cinématique d’environ 3,159 cSt (centistoke) donne d’aussi bons résultats que d’autres liquides dont la viscosité est inférieure à 1,2 cSt, ce qui prouve que d’autres facteurs déterminants sont associés. Par ailleurs, il ne faut pas oublier que les solutions à pression oncotique élevée sont généralement plus visqueuses que celles à pression oncotique basse. Il est vraisemblable que la viscosité des solutions (à condition de ne pas être trop élevée) contribue à une meilleure élimination des cellules circulantes par effet d’entraînement dans le lit vasculaire de l’organe perfusé. Toutefois, la viscosité diminuerait le lavage de certains territoires capillaires et augmenterait les pressions de perfusion (Badet et coll., 2006renvoi vers).

Acidose et ATP

Le rôle de l’acidose et de la déplétion énergétique reste également un point majeur (Southard et Belzer, 1995renvoi vers; Hicks et coll., 2006renvoi vers). L’hydrolyse de l’ATP est la principale source de protons et est responsable de l’acidose. La production anaérobie de lactate – qui consomme des protons – permet la réoxydation du NADH en NAD et ainsi le maintien pendant un certain temps de la production d’ATP par la glycolyse anaérobie. Il se développe donc une acidose intracellulaire qui se stabilise autour d’un pH à 6 ± 0,2. Un certain degré d’acidose intracellulaire exerce toutefois des effets bénéfiques pendant la conservation à 4 °C en limitant la surcharge calcique. Les princi-paux tampons fréquemment utilisés sont les tampons bicarbonate, phosphate, histidine, HEPES, tryptophane (Southard et Belzer, 1995renvoi vers). Le rôle indispensable du tampon est d’amortir les variations de pH du compartiment intra vasculaire, interstitiel et cellulaire. La valeur finale du pH intracellulaire en fin d’ischémie varie relativement peu (0,2 à 0,3 unités pH) en fonction des différents systèmes tampon utilisés (Southard et Belzer, 1995renvoi vers; Hicks et coll., 2006renvoi vers).

Composition électrolytique

Enfin, le dernier aspect concerne la composition électrolytique. Il était initialement admis que les solutions de conservation devaient être hyperpotassiques comme le milieu intracellulaire, permettant de limiter l’entrée d’eau et de Na+ dans la cellule. Cependant, plusieurs constatations remettent en cause ce principe. Tout d’abord, la physiologie de la cellule impose de disposer de part et d’autres de sa membrane d’un milieu intra-cellulaire et extra-cellulaire (riche en Na+). Le K+ est un vasoconstricteur puissant et de ce fait a un effet sur le lit vasculaire des organes gênant ainsi le lavage et perturbant la reperfusion aggravant le phénomène de no-reflow (non-recirculation). La susceptibilité de la cellule endothéliale pendant la conservation et l’I/R est bien établie (Basile, 2007renvoi vers; Wille et coll., 2008renvoi vers). La réduction du K+ dans les solutions de conservation n’a pas démontré d’effet délétère sur les organes (Shiiya et coll., 1993renvoi vers; Hauet et coll., 2003renvoi vers). D’autres études ont démontré l’effet bénéfique des solutions à basse concentration de K+ (mais non strictement normopotassique) comme la solution Celsior® et Custodiol® (Sumimoto et coll., 1991renvoi vers; Urushihara et coll., 1992renvoi vers; Shiiya et coll., 1993renvoi vers; Ben Abdennebi et coll., 1998renvoi vers; de Boer et coll., 1999renvoi vers; Hauet et coll., 2003renvoi vers; Pedotti et coll., 2004renvoi vers; Feng et coll., 2007renvoi vers).
En conclusion, les éléments importants pour la conservation du greffon peuvent se résumer aux imperméants, aux colloïdes et à une solution tampon adaptée.

Mécanismes cellulaires et moléculairesde l’ischémie/reperfusion

Avec le développement des moyens d’évaluation, de nouveaux éléments pouvant jouer un rôle physiopathologique ont été repérés et étudiés. Dans le contexte de l’I/R, on assiste à une augmentation de la mort cellulaire induite par nécrose ou par apoptose et impliquée dans les différents processus lésionnels (tableau 7.IIrenvoi vers). La conjonction de différents facteurs, tels que l’hypoxie, l’hypothermie, le réchauffement et la réoxygénation, peut conduire à la mort cellulaire.

Tableau 7.II Différences entre les lésions induites par apoptose ou nécrose

Type de lésions
Apoptose
Nécrose
Modifications histologiques
  
Localisation
Éparse
Systématisée
Volume cellulaire
Rétracté
Gonflé
Surface cellulaire
Étanche
Perméable
Chromatine
Condensée
En amas
Mécanisme de réponse
Phagocytose
Inflammation
Phénomènes biochimiques
  
Régulation
Complexe
Voies enzymatiques
Complète (jusqu’à l’effecteur final)
Partielle
Biosynthèse
Oui (nécessité d’ATP)
Non
Fragmentation de l’ADN
Par étape (organisé et ordonné)
Dispersé

Rôle de la mitochondrie et des voies de l’apoptose

Le rôle de la mitochondrie apparaît primordial dans le syndrome d’ischémie/reperfusion. Il a été mis en évidence un œdème mitochondrial induit par l’ischémie froide et une activation de la voie apoptotique marquée par une translocation du cytochrome C, ainsi qu’une augmentation du ratio Bax/Bcl-2 avec une activation de la caspase 3 au moment de la reperfusion (Jassem et coll., 2002renvoi vers; Salahudeen, 2004renvoi vers; Rauen et De Groot, 2004renvoi vers; Jassem et Heaton, 2004renvoi vers). D’autres mécanismes pourraient également être impliqués (Lopez-Neblina et coll., 2005renvoi vers). La part entre apoptose et nécrose dans le processus de mort cellulaire est étroitement liée au niveau d’ATP résiduel et donc à la durée d’ischémie. Le rein est constitué de divers segments tubulaires qui pourraient mettre en jeu des mécanismes différents de lésions cellulaires (Ma et Devarajan, 2008renvoi vers).
Il est bien établi que la conservation et l’ischémie chaude entraînent des lésions de nécrose tubulaire au niveau du rein. Cependant, des travaux récents ont mis en évidence le rôle de l’apoptose, en particulier durant la reperfusion (Burns et coll., 1998renvoi vers; Salahudeen et coll., 2001renvoi vers). Au cours de l’I/R, plusieurs voies apoptotiques sont impliquées et la mitochondrie occupe une place centrale dans ce processus (Jassem et coll., 2002renvoi vers; Kim et Lemasters, 2003renvoi vers; Kim et coll., 2003renvoi vers; Nieminen, 2003renvoi vers; Jassem et Heaton, 2004renvoi vers). Un des mécanismes suspectés est fondé sur le pore de transition de perméabilité membranaire (mPTP) de la mitochondrie. Son ouverture est à l’origine de modifications de l’intégrité mitochondriale avec libération de cytochrome C dans le cytoplasme. Le mPTP est une structure particulièrement représentée au niveau des zones de jonction entre la membrane externe et la membrane interne de la mitochondrie (figure 7.6Renvoi vers). Structurellement, le mPTP est cons-titué de l’adénine nucléotide translocase (ANT), de la cyclophiline D (CyP-D) et du Voltage Dependant Anion Chanel (VDAC). Il faut noter aussi au niveau de ces points de jonction la présence du récepteur périphérique des benzodiazépines (PBR). On retrouve également des protéines de la famille Bcl-2 : Bax, Bcl-Xl et Bcl-2. À l’état normal, le ratio Bcl-2 sur Bax est en faveur de Bcl-2 et donc orienté vers l’état anti-apoptotique. Durant la conservation, ce ratio est inversé en faveur de Bax et donc d’un état pro-apoptotique (Salahudeen et coll., 2003renvoi vers). Une autre étude a montré que les voies mitochondriales de l’apoptose jouaient un rôle primordial au cours de l’I/R chez les patients greffés avec un rein provenant d’un donneur en mort encéphalique (Castaneda et coll., 2003renvoi vers). Sous l’effet de différents facteurs liés à la reperfusion (comme la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) ou le Ca2+) ou à la conservation du greffon, la mitochondrie va laisser sortir le cytochrome C. L’association du cytochrome C avec d’autres protéines pro-apoptotiques va conduire à la formation d’un complexe (appelé apoptosome) auquel se lient l’ATP et la pro-caspase 9. Ce complexe va permettre le recrutement d’autres caspases (1, 2, 3 et 4) et l’activation de l’effecteur final, la caspase 3.
Une des particularités de ce mPTP est d’être modulé par différents facteurs comme le Ca2+ et les ERO qui favorisent son ouverture ou la ciclosporine A qui l’empêche (Crompton, 2000renvoi vers; Feldmann et coll., 2000renvoi vers). Durant la conservation du greffon rénal, il a été mis en évidence dans les cellules tubulaires rénales humaines des modifications du mPTP ainsi qu’un œdème mitochondrial (Salahudeen et coll., 2003renvoi vers). Ces effets sont dus à la libération du cytochrome C et aux modifications du ratio de Bax et Bcl-2. La phase finale caractérisée par l’activation de la caspase 3 survient durant le réchauffement.
Figure 7.6 Structure du pore de transition de perméabilité membranaire mitochondriale
En ce qui concerne les autres modalités de mise en œuvre de l’apoptose, la voie extrinsèque liée à Fas et à ses ligands, semble être impliquée dans l’infarctus du myocarde chez la souris (Lee et coll., 2003renvoi vers). Un rôle pour CD95/Fas/Apo 1 et le facteur de nécrose tissulaire TNF-α (Tumor Necrosis Factor α) a été suggéré dans un modèle de cœur isolé de rat (Jeremias et coll., 2000renvoi vers). D’autres récepteurs comme les Tumor necrosis factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand receptors 1 and 2 (TRAIL R-1/2, induits par la voie TNF liée à l’apoptose) et le récepteur de Tweak sont autant de récepteurs membranaires impliqués. Ils constituent la voie extrinsèque de l’apoptose (Lopez-Neblina et coll., 2005renvoi vers). La liaison des ligands à ces récepteurs entraîne leur trimérisation et le recrutement d’une protéine adaptatrice permettant d’enclencher le clivage protéolytique des pro-caspases 8, 10 et 2 qui conduit à l’activation des pro-caspases 3, 6 et 7. Le complexe Fas/Apo-1/CD95 est impliqué à la fois dans l’apoptose et la réaction inflammatoire. Le rôle de cette voie extrinsèque reste à clarifier pour les autres organes que le cœur. Des travaux récents ont démontré le rôle de certaines cellules rénales dans la sécrétion de TNF au cours de la phase très précoce de l’I/R. Ces résultats replacent le rôle de TNF dans le contexte de l’I/R (Dong et coll., 2007renvoi vers). Il faut souligner que les modèles utilisés sont majoritairement des modèles d’ischémie chaude.
Une augmentation de l’activité de la caspase 3 a été mise en évidence de façon régulière après l’I/R suggérant que la voie Fas ou mitochondriale pourrait initier l’apoptose après l’I/R. D’autres voies induites par le stress comme la voie NF-kB/IKK et la voie p53 ont aussi été identifiées et pourraient jouer un rôle important dans l’I/R (Fortin et coll., 2001renvoi vers; Tanaka et coll., 2005renvoi vers).

Importance de la calpaïne, de la calpastatine et des protéines PKC

Le cytosquelette est également impliqué dans le syndrome d’I/R (Mangino et coll., 2008renvoi vers). L’activation de la calpaïne, une protéase dépendante du Ca2+, agit sur l’organisation du cytosquelette en dégradant la spectrine et conduit à la perte de la structure de la cellule, de la polarité cellulaire et des contacts avec les autres cellules (Goll et coll., 2003renvoi vers). Ces résultats, mis en évidence dans les modèles d’ischémie chaude et qui restent à confirmer dans le cas de l’ischémie froide, ont souligné le rôle de la calpastatine, inhibiteur endogène de la calpaïne. La famille des protéines kinase C (PKC) impliquées dans difdférentes fonctions cellulaires, dont la régulation du cycle cellulaire, constitue une autre cible potentielle au cours de la phase de réparation (Padanilam, 2001renvoi vers). Compte tenu du fait que cette famille de protéines comporte environ une dizaine d’isoenzymes, le rôle des PKC dans l’I/R est parfois contradictoire et de nouvelles études (utilisant des anticorps spécifiques et des molécules pouvant réguler les effets de ces molécules) permettront de clarifier leur contribution.

Rôle de la production des espèces réactives de l’oxygène et du fer

Les ERO sont des médiateurs importants de l’I/R au cours de la reperfusion. Leur rôle au cours de la conservation est moins évident car l’hypothermie semble plutôt limiter le métabolisme de la cellule et ralentir ainsi tout processus de synthèse délétère ou non. Des travaux récents ont permis de mettre en évidence le rôle des ERO durant cette phase (Rauen et coll., 1997renvoi vers; Rauen et de Groot, 1998renvoi vers; Salahudeen et coll., 2000renvoi vers). L’idée d’ajouter des anti-oxydants dans une solution de conservation débute avec Belzer (Southard et Belzer, 1995renvoi vers). Elle doit maintenant prendre en compte les connaissances récentes sur les mécanismes majoritaires de production de ces ERO pour adapter les options thérapeutiques. Certaines études ont mis en évidence une augmentation de production de l’ARN messager de la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD) au cours de la conservation (Salahudeen et coll., 2000renvoi vers). Cette enzyme a été retrouvée diminuée qualitativement et quantitativement dans d’autres études (Cruthirds et coll., 2003renvoi vers). Des lésions mitochondriales associées à la conservation ont également été décrites (Kosieradzki et coll., 2003arenvoi vers; Salahudeen et coll., 2003renvoi vers). Ces données indiquent que le découplage mitochondrial et la perturbation de la tétraréduction de l’oxygène au cours de l’I/R et de la conservation sont probablement à l’origine de la petite quantité d’ERO produite à cette étape. La production sera ensuite majorée au cours de la reperfusion.
La production d’ERO durant l’I/R peut se faire à plusieurs niveaux :
• l’activation de la xanthine oxydase qui produit des ions superoxyde lors de la reperfusion en métabolisant en acide urique l’adénosine libérée du fait de la dégradation de l’ATP pendant l’ischémie ;
• l’activation de la voie de la cyclo-oxygénase du métabolisme de l’acide arachidonique ;
• l’activation de la chaîne de transport des électrons de la mitochondrie pendant l’ischémie ;
• la libération de NO par les cellules endothéliales ;
• l’activation des polynucléaires neutrophiles pendant la reperfusion. Le fer, ion métal, joue un rôle dans la production des ERO en participant au cycle de Haber Weiss (Koppenol, 2001renvoi vers).
Au cours de la production d’ERO par la mitochondrie, le superoxyde () peut réagir avec le peroxyde d’hydrogène, pour donner le radical hydroxyle hautement réactif, qui peut être à l’origine de l’oxydation des constituants cellulaires. Cette réaction est catalysée par des ions de certains métaux de transition, tels que le fer ou le cuivre. La première étape est la réduction de l’ion ferrique en ion ferreux suivie de la réaction de Fenton et production de OH°. Il a été récemment mis en évidence la libération de fer libre à partir des protéines de stockage durant la conservation (Huang et Salahudeen, 2002renvoi vers). Ces résultats ont servi de base à l’utilisation de chélateurs du fer comme la déféroxamine dans les solutions de conservation. Cependant, l’utilisation en clinique reste limitée.

Autres facteurs physiopathologiques

On retrouve dans ces nouveaux facteurs, les F2-isoprostanes qui sont issues du métabolisme des prostaglandines. Formées lors de la peroxydation lipidique, elles sont vasoconstrictrices et pourraient jouer un rôle majeur dans la dysfonction du greffon en particulier du greffon rénal (Morrow et coll., 1990renvoi vers; Takahashi et coll, 1992renvoi vers; Morrow et coll., 1993renvoi vers; Salahudeen et coll., 1999renvoi vers). D’autres acteurs potentiels ont été décrits dans l’I/R, et plus particulièrement dans l’ischémie chaude, comme la stathmine intervenant dans le cycle cellulaire ou l’EphA2 appartenant à la famille des récepteurs à tyrosine kinases ainsi que le ligand Ephrin (Baldwin et coll., 2006renvoi vers; Jayle et coll., 2007renvoi vers).
De manière récente, l’enzyme nucléaire poly (ADP-ribose) polymérase (PARP) a été impliquée dans l’I/R normothermique. Son rôle dans la conservation à 4 °C a aussi été mis en évidence avec possiblement un rôle protecteur qui reste à préciser (Mangino et coll., 2004renvoi vers). D’autres mécanismes font actuellement l’objet d’investigations. L’Hypoxia Inducible Factor (HIF-1α) en activant la transcription de gènes comme le VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), l’érythropoïétine (EPO) ou HO-1 constitue un moyen de protection face à l’hypoxie. Le rôle de HIF-1α dans le contexte de l’I/R en transplantation demande à être évalué de manière précise afin de déterminer quel est son rôle protecteur à court terme et son influence sur le développement de lésions chroniques sachant que ce facteur peut moduler la production du Connective Tissue Growth Factor (CTGF) et du Plasminogen Activator Inhibitor 1 (PAI-1) (Haase, 2006renvoi vers; Higgins et coll., 2008renvoi vers).
L’hypoxie a été impliquée dans la maturation des cellules dendritiques (Rama et coll., 2008renvoi vers). Pour le rein, les études se sont focalisées sur la sensibilité du tubule proximal au cours de l’I/R. Cependant, la cellule endothéliale reste une des premières cibles compte tenu des mécanismes mis en jeu comme la production de NO, la présence de cellules inflammatoires participant au phénomène de « no reflow », la production de médiateurs venant du métabolisme des prostaglandines et ayant un effet vasoconstricteur (Cicco et coll., 2005renvoi vers).
Un dernier aspect à noter est l’influence du sexe sur l’I/R et ses complications. Les hormones sexuelles semblent agir sur les Mitogen Activated Proteins Kinase (MAPK), la synthèse du NO, la Na+/K+ ATPase, l’endothéline, l’adénosine et les canaux potassiques sensibles à l’ATP, les acteurs de l’apoptose. Il s’agit là d’autant de facteurs dont il importe de comprendre les relations et les effets.

Conséquences pour les solutions de conservation

L’ensemble de ces données montre que les solutions de conservation actuellement disponibles sont loin de répondre totalement aux problèmes physiopathologiques liés à la conservation d’organes et à l’ischémie/reperfusion. Cela amène aussi la question des solutions multi-organes. En général, ces solutions sont mises au point pour un organe particulier et leur utilisation est ensuite élargie aux autres organes (Karam et coll., 2005renvoi vers), ce qui permet de répondre que partiellement aux objectifs spécifiques à chacun d’eux.
Actuellement, de nombreuses solutions sont disponibles. Leur composition est très différente et on distingue trois grandes familles (tableau 7.IIIrenvoi vers) :
• les solutions à concentration en K supérieure à 30 mM et à concentration en Na inférieure à 100 mM (souvent appelées intracellulaires) ;
• les solutions à concentration en K inférieure à 30 mM et à concentration en Na supérieure à 100 mM (appelées extracellulaires) ;
• les solutions à concentrations en K et à Na inférieures à 30 mM.
Chacun de ces 3 groupes inclut des solutions cristalloïdes pures ou contenant des imperméants et/ou colloïdes. Les solutions les plus utilisées pour le rein sont l’UW et le Custodiol® et de façon plus marginale le Celsior®. Les autres solutions restent marginales dans leur fréquence d’utilisation pour le moment.

Tableau 7.III Différents types de solutions de conservation

 
Na1
K1
Imper. Coll.2
PEG
Cœur
Poumon
Rein
Foie
Pancréas
UW-Belzer-Viaspan
28
125
Oui
 
x
x
x
x
x
Cardiosol
40
125
Oui
Oui
x
    
EC (Eurocollins)
10
113
Non
  
x
x
  
Unisol UHK-Org Rec Syst
62,5
70
Oui
      
IGL 1
125
30
Oui
Oui
  
o
o
 
BMPS Belzer Mach Perf
100
25
Oui
   
x
  
Lyon Cœur LYPS
110
20
Oui
Oui
x
    
St Thomas 1-MacCarthy
144
20
Non
 
x
    
St Thomas 2-Plegisol
110
16
Non
 
x
    
Celsior
100
15
Oui
 
x
x
x
x
x
Carolina CRS
115
6
Oui
    
x
 
LPD Perfadex
138
6
Oui
  
x
   
SCOT Maco
143
6
Oui
Oui
o
 
o
o
 
Blood Wallwork
105
4
Oui
 
x
x
   
HTK, Custodiol, Bretchneider
15
18
Oui
 
x
 
x
x
x
Roe
28
20
Non
 
x
    
Stanford
30
27
Oui
 
x
    

1 Concentration en mM ; 2 Imperméants et/ou colloïdes ; X : études publiées ; o : résultats préliminaires publiés

Approches génomiques des mécanismes de l’ischémie/reperfusion

Il existe globalement peu de données sur les approches génomiques des mécanismes de l’ischémie/reperfusion. Il faut noter d’emblée une grande diversité des modèles expérimentaux quant aux espèces utilisées et aux conditions expérimentales. L’étude moléculaire de l’I/R a mis en évidence des gènes impliqués dans certaines voies de signalisation telles que les voies pro- ou anti-apoptotiques, celle de HIF ou de HO-1. D’autres groupes de gènes exprimés au cours de l’I/R ont été identifiés et sont surtout ceux de l’inflammation, des Heat Shock Proteins, les gènes du cycle cellulaire et ceux gouvernant la prolifération et la différenciation ainsi que ceux régulant les protéines de transport (Hauser et coll., 2004renvoi vers; Conti et coll., 2007renvoi vers; Waller et coll., 2007renvoi vers). D’autres études se sont centrées sur des situations plus particulières comme les donneurs en état de mort encéphalique et les conditions de reprise de fonction (Kaminska et coll., 2007renvoi vers; Mas et coll., 2008renvoi vers). Les conditions de prélèvement ont également été évaluées et un profil d’expression différent a été mis en évidence concernant des gènes impliqués dans l’apoptose, l’adhérence cellulaire et les voies de signalisation, la croissance cellulaire et la prolifération, l’immunité et l’inflammation, l’ischémie et la réponse au stress ainsi que la dégradation protéique (Kurian et coll., 2005renvoi vers). Il apparaît que peu d’éléments sont disponibles sur la période de conservation. Cette phase de ralentissement métabolique n’est pas propice à la synthèse d’ARN messagers. Dans tous les cas, une meilleure connaissance de cette période est un impératif qui devrait permettre de caractériser les cibles thérapeutiques potentielles.

Protection contre les dommages liés à l’ischémie/reperfusion

Les approches thérapeutiques peuvent concerner le donneur où des pistes comme l’utilisation d’agents pharmacologiques, de transfert de gènes ou encore le préconditionnement peuvent être envisagées. L’utilisation d’additifs pharmacologiques a été pratiquée de façon courante. Cependant, il n’y a pas actuellement de traitement ayant permis d’obtenir un effet thérapeutique indiscutable avec ce type d’approche qui reste limité par les problèmes d’ordre éthique et la difficulté de déterminer à quel moment utiliser ces traitements. Des interventions thérapeutiques sont également envisageables à différentes étapes de la transplantation au niveau du greffon ou du receveur afin de réduire les conséquences de l’I/R.

Préconditionnement et postconditionnement

Des études expérimentales, menées sur des modèles in vivo chez les rongeurs et in vitro, ont établi le bénéfice du préconditionnement avant transplantation sur l’I/R, qu’il soit pharmacologique ou effectué par cycle de clampage/déclampage (Baldwin et coll., 2006renvoi vers; Leonard et coll., 2006renvoi vers; Burne-Taney et coll., 2006renvoi vers; Gottmann et coll., 2006renvoi vers; Herrero et coll., 2006renvoi vers; Nakajima et coll., 2006renvoi vers). En revanche, le passage à des modèles pré-cliniques chez les grands mammifères reste décevant (Kosieradzki et coll., 2003brenvoi vers). En clinique, des traitements de suppléance hormonale pour les patients en état de mort encéphalique sont déjà utilisés. D’autres molécules ont été évaluées comme la N-acétyl cystéine. La surexpression de l’HO-1 protège contre l’I/R chez le rat (Blydt-Hansen et coll., 2003renvoi vers). Cependant, le rôle de l’expression de HO-1 au cours de la transplantation et son impact sur le devenir de la greffe restent à préciser chez l’homme (Geuken et coll., 2005renvoi vers).
Le préconditionnement par transfert de gènes a également été envisagé et concerne l’interleukine 10, l’interleukine 13 ou 16, l’inhibiteur de TNF, la NO synthase endothéliale, le récepteur de l’interleukine-1, l’HSP 70 et le gène suppresseur de NF-kB (Ke et coll., 2004renvoi vers; Chien et coll., 2007renvoi vers; Jamieson et Friend, 2008renvoi vers). D’autres techniques ont été utilisées comme les oligonucléotides antisens ou encore les Small Interfering RNA (siRNA), ARN interférents pouvant se lier spécifiquement à une séquence d’ADN et ainsi empêcher l’expression de gènes en clivant leurs ARN messagers (Chen et coll., 2001renvoi vers; Zheng et coll., 2006renvoi vers). Ces techniques prometteuses d’un point de vue expérimental méritent une évaluation plus précise pour définir les conditions de leur utilisation et s’assurer de leur innocuité. Le préconditionnement par l’hyperthermie pourrait également améliorer la tolérance à la conservation (Matsumoto et coll., 2001renvoi vers) et il semble que l’HSP 70 soit impliquée dans ce processus.
De manière plus récente, a été introduite la notion de postconditionnement fondée sur de brèves interruptions de la vascularisation au cours de la reperfusion. Il semble établi que cette voie est intéressante pour le cœur et quelques résultats sont publiés pour le rein (Chen et coll., 2007renvoi vers).

Additifs aux solutions de conservation

De nombreuses études ont également été menées pour évaluer l’effet de l’ajout de molécules dans les liquides de conservation, mais peu de ces molécules ont été étudiées dans des modèles de transplantation. Cette revue sera limitée à un petit nombre de molécules ayant donné des résultats dans des modèles in vivo et qui concernent différents organes. Pour une analyse détaillée des différentes molécules, nous invitons le lecteur à se reporter aux revues récentes (Devarajan, 2005renvoi vers; Boros et Bromberg, 2006renvoi vers; Jamieson et Friend, 2008renvoi vers).
L’ajout de facteur de croissance dans les liquides de conservation a montré des effets intéressants en conservation rénale chez le chien (McAnulty et coll., 2002renvoi vers). Dans le même ordre d’idée, l’érythropoïétine pourrait avoir un rôle précieux aussi bien pour limiter les conséquences de l’I/R que pour favoriser la réparation de l’organe. L’effet du FR167653 a également été démontré dans des modèles de transplantation cardiaque, rénale et hépatique (Yoshinari et coll., 2001renvoi vers; Koike et coll., 2004renvoi vers; Doucet et coll., 2008renvoi vers). Compte tenu des mécanismes en jeu, l’utilisation d’une seule molécule semble aléatoire (Jamieson et Friend, 2008renvoi vers). Il apparaît donc important de choisir des options thérapeutiques utilisant des composants qui agissent sur des voies diverses ou sur plusieurs molécules d’actions différentes. Le choix de la cible est également majeur, et dans ce sens la mitochondrie peut représenter une cible de premier plan (Morin et coll., 2001renvoi vers). Les molécules antioxydantes constituent une famille de choix pour améliorer la conservation du greffon, toutefois le choix du type de molécule est important. Les antioxydants stœchiométriques, qui sont efficaces en systèmes fermés, le sont bien moins en milieu vivant où interviennent les enzymes pro-oxydantes (qui produisent des milliers d’ERO à la seconde) et en conséquence les concentrations de ces « piégeurs » doivent être élevées. Ils conviennent bien comme radioprotecteurs, si le processus à l’origine de la formation des dérivés oxygénés est de très courte durée. En revanche, s’il s’agit de neutraliser des radicaux se formant de manière ininterrompue, pendant une certaine durée (activation de macrophages par cytokines, par exemple), il est clair que l’efficacité des antioxydants sera faible. Certaines molécules dérivées des flavonoïdes ont démontré des effets protecteurs lors de la conservation dans des modèles cellulaires (Ahlenstiel et coll., 2003renvoi vers et 2006renvoi vers). Leur problème essentiel pour pouvoir être utilisées dans les solutions de conservation est leur insolubilité en milieu aqueux.
De nouvelles molécules, dont la particularité est de pouvoir agir sur des mitochondries perméables et donc déjà altérées, ont montré une efficacité intéressante contre l’I/R (Szetto, 2008renvoi vers). Ce point est d’importance car nombre de molécules ne peuvent atteindre leur cible dans des situations physiopathologiques diverses. Il semble cependant peu probable de disposer d’un produit unique à moins que celui-ci n’agisse à un stade très précoce ou sur des cibles majeures.
D’autres perspectives sont envisageables pour le rein avec l’utilisation de cellules souches mais cela reste encore du domaine expérimental (Morigi et coll., 2006renvoi vers; Lucas da Silva et coll., 2007renvoi vers). En effet, le rôle des cellules souches dans la réparation reste à préciser et pourrait se limiter à un intérêt pour la réparation vasculaire et à un rôle trophique.

Conséquences post-tranplantation du syndrome d’ischémie/reperfusion

L’I/R est actuellement impliquée dans le devenir à long terme des greffons par son lien avec le développement (au niveau qualitatif et quantitatif) des lésions de revascularisation des organes (Basile et coll., 2001renvoi vers et 2003renvoi vers). Dans le cas du rein, le concept de masse néphronique est aussi un point à considérer par rapport aux moyens de réparation que peut mettre en œuvre le rein (Cruzado et coll., 2000renvoi vers). Il semble que le rein, au cours de la réparation, utilise majoritairement des populations de cellules résidentes et non des cellules périphériques (Humphreys et coll., 2008renvoi vers). Par conséquent, l’équilibre entre les lésions dues au syndrome d’I/R et les processus de restauration/régénération implique de préserver ce potentiel de réparation. Dans la figure 7.7Renvoi vers, on retrouve une présentation des liens entre le processus lésionnel de l’I/R et la fibrose et l’atrophie tubulaire, qui sont les conséquences majeures.
Figure 7.7 Mécanismes intervenant dans le développement de la fibrose rénale
La fibrose correspond à une évolution péjorative pour le greffon et constitue donc une cible thérapeutique (Mannon, 2006renvoi vers).

Donneur à cœur arrêté

Les modifications démographiques des donneurs et l’intérêt d’utiliser des organes provenant de donneurs à cœur arrêté pour élargir le pool des donneurs font envisager l’utilisation de techniques de perfusion, déjà utilisées mais qui semblent avoir un regain d’intérêt dans ce contexte. Parmi les difficultés essentielles rencontrées avec ce type de donneur, la reprise différée de fonction ou la non reprise de fonction reste un problème majeur, laissant la place à d’autres protocoles (Ahmad et coll., 2006renvoi vers). Comte tenu là aussi d’un certain degré d’empirisme, d’autres techniques émergent comme la perfusion normothermique ou la perfusion oxygénée.
Dans le contexte des donneurs à cœur arrêté, l’ischémie chaude et l’ischémie froide sont associées et concourent au développement des lésions (Brasile et coll., 2001renvoi vers; Hosgood et coll., 2008renvoi vers). L’ischémie chaude est responsable de l’activation des cellules endothéliales, de leur œdème et des phénomènes inflammatoires et thrombotiques associés avec les conséquences rhéologiques décrites (augmentation de l’hématocrite dans les microvaisseaux, altérations de la fluidité sanguine, réduction du diamètre des capillaires et phénomène de « no reflow »).

Perfusion

Un certain nombre de questions restent posées comme la nature de la perfusion en termes de pulsatilité, l’intérêt d’une oxygénation, le type de solution à utiliser ou encore la température de perfusion (Eugene et coll., 1997renvoi vers; Polyak et coll., 2000renvoi vers; Kirshbom et coll., 2002renvoi vers; Fitton et coll., 2005renvoi vers; Lindell et coll., 2005renvoi vers; Minor et coll., 2005renvoi vers; Baicu et coll., 2006renvoi vers; Bessems et coll., 2006renvoi vers; Matsuoka et coll., 2006renvoi vers; Fuller et Lee, 2007renvoi vers; Maathuis et coll., 2007brenvoi vers). Il n’en reste pas moins qu’un certain nombre d’avantages est à souligner avec ce type de conservation méritant ainsi une évaluation rationnelle (tableau 7.IVrenvoi vers).

Tableau 7.IV Intérêts des différents types de perfusion

Machines à perfuser
Intérêt pour les donneurs marginaux
Possibilité de mise en œuvre de traitement
Possibilité d’évaluer les organes
Préservation normothermique
Intérêt pour les donneurs marginaux
Environnement « physiologique »
Évaluation
Réparation

Évaluation de la viabilité du greffon

L’évaluation de la viabilité du greffon par des biomarqueurs ou des techniques pertinentes et non invasives constitue certainement une voie d’étude prioritaire. Différents moments peuvent être envisagés pour cette évaluation entre la réanimation du donneur, la conservation et la reperfusion (tableau 7.Vrenvoi vers, Parikh et coll., 2007renvoi vers; Coca et coll., 2008renvoi vers). Disposer de tels marqueurs impose l’évaluation des outils permettant de les mesurer. Parmi ceux-ci, la spectroscopie RMN du proton reste d’actualités (Hauet et coll., 2000renvoi vers; Serkova et coll., 2005renvoi vers), en particulier avec les nouvelles techniques de haute résolution (Martinez-Granados et coll., 2006renvoi vers; Wishart, 2006renvoi vers). D’autre part, le moment de la perfusion par machine pourrait être mis à profit pour évaluer la viabilité de ces organes (Matsuno et coll., 2006renvoi vers). D’autres techniques pourraient avoir un intérêt dans ce contexte comme la microdialyse ou la bioimpédence électrique (Jamieson et Friend, 2008renvoi vers).

Tableau 7.V Marqueurs de viabilité et fonctionnalité des organes en transplantation

Différentes étapes où un marqueur a son importance
Donneurs
Conservation
Reperfusion
Facteurs potentiellement associés aux lésions
Rejet
Nécrose tubulaire
Toxicité ciclosporine
Marqueurs biochimiques
N-acetyl-beta-D-glucosaminidase (NAG) and B isoenzyme (NAG-B) (urine)
Alanylaminopeptidase (AAP)
Gamma-glutamyltransferase (GGT)
Alpha and π isoenzymes of glutathione S-transferase (alpha-GST, pi-GST)
Retinol Binding Protein (RBP) and beta2-microglobulin (beta2M)
IL-18 (urine)
Neutrophil gelatinase-associated lipocalin
Kidney Injury Molecule 1 (KIM 1) (urine)
Marqueurs détectés par spectroscopie 1H-NMR et HR mass 1H-NMR
Trimethylamine N oxyde
Allantoine
Lactate
PUFA

Phénomènes inflammatoires et relation entre l’I/R et immunité innée

L’I/R est également impliquée dans le lien entre les lésions qu’elle génère et l’immunité innée, via la maturation des cellules dendritiques et la voie des récepteurs Toll-like (Land, 2005a et b).
La relation entre l’inflammation des organes ayant subi une I/R et le développement de phénomènes immunologiques est actuellement l’objet d’un intérêt grandissant (Kieran et Rabb, 2004renvoi vers; Land, 2005arenvoi vers et brenvoi vers). Plusieurs types cellulaires interviennent au cours de l’inflammation et leur rôle est parfois contradictoire. Les macrophages semblent impliqués dans le processus fibrosant (Ko et coll., 2008renvoi vers) et leur fonction pourrait varier au cours de la reperfusion (Vinuesa et coll., 2008renvoi vers; Jang et coll., 2008renvoi vers). Les lymphocytes T pourraient participer à l’amplification de la reconnaissance antigénique ou à l’inverse, pour certains phénotypes avoir un effet protecteur (Ascon et coll., 2006renvoi vers; Savransky et coll., 2006renvoi vers; Huang et coll., 2007renvoi vers). Le rôle des lymphocytes B a été étudié et ces cellules semblent avoir un rôle dans la pathogénie de l’I/R (Burne-Taney et coll., 2003renvoi vers). Les cellules dendritiques et leur activation via la production des ERO constituent un lien entre l’I/R et l’immunité innée. Suite à l’engagement des récepteurs Toll-like (Boros et Bromberg, 2006renvoi vers; Land, 2005b), ces cellules deviennent actives et matures avec une modification de l’expression de leurs récepteurs de surface conduisant à leur migration vers les organes lymphoïdes secondaires (Boros et Bromberg, 2006renvoi vers). Les cellules dendritiques deviennent alors capables de stimuler les lymphocytes T naïfs. Il s’ensuit une augmentation de production et d’expression de nombreuses protéines pro-inflammatoires (cytokines et chimiokines et leurs récepteurs) (Furuichi et coll., 2008renvoi vers).
En conclusion, les différentes régions du rein ont des susceptibilités variables à l’ischémie. La partie externe du cortex est relativement plus tolérante à l’ischémie que la zone externe de la médullaire. Celle-ci est particulièrement exposée à l’ischémie à cause de la dépendance au métabolisme oxydatif de ses cellules et de la faible réserve en oxygène du milieu. Les cellules papillaires sont habituées constitutivement à vivre dans un milieu faiblement oxygéné et peuvent s’adapter à un métabolisme anaérobie. Ces constatations restent valables pour des durées limitées d’ischémie, mais lorsque la durée d’ischémie s’allonge, toutes les régions du rein vont être exposées (Silva, 1990renvoi vers; Simmons et coll., 2008renvoi vers).
Malgré une amélioration des performances des solutions de conservation pour limiter les lésions d’I/R, les pourcentages de non-fonction primaire du greffon et de reprise différée de fonction restent non négligeables. Les autres causes de non-fonction primaire du greffon rénal sont représentées par les complications chirurgicales, l’âge du donneur et du receveur (> 60 ans), un appariement HLA médiocre et une durée de prise en charge en dialyse supérieure à 6 ans. À ces causes s’associent la durée de conservation et les lésions d’ischémie chaude et tiède (réchauffement de l’organe lors de la confection des anastomoses). Il existe également des situations favorisant la reprise différée de fonction des greffons comme l’âge du donneur ou la présence de lésions préexistantes, une durée d’ischémie froide prolongée (> 24 h), une ischémie chaude associée prolongée et un accident vasculaire à l’origine de la mort encéphalique.
Ces éléments soulignent le fait que la conservation hypothermique n’est pas totalement adaptée à la conservation des greffons rénaux. L’utilisation de donneurs limites liée à la pénurie d’organes et la perspective d’utiliser les organes des donneurs à cœur arrêté (ayant subi une ischémie chaude) amènent également à s’interroger sur la pertinence des moyens de conservation existants.
L’ischémie/reperfusion est à l’origine de mécanismes complexes ayant pour conséquences des modifications profondes au niveau des tissus exposés. La conservation de l’organe apparaît comme une étape primordiale durant l’I/R, au centre d’un processus plus complexe incluant le donneur et le receveur. Les avancées récentes dans la compréhension de cette pathologie soulignent le rôle prépondérant de la production d’espèces radicalaires et de l’inflammation probablement responsables de l’aggravation mais surtout de la persistance de cette pathologie. Des efforts sont à faire dans la compréhension des mécanismes en cause, imposant l’utilisation d’outils biologiques intégrés et de modèles adaptés. Il apparaît clair que les modèles cellulaires ont leur utilité (Rauen et De Groot, 2008renvoi vers) mais qu’ils doivent être associés à des modèles in vivo. L’utilisation de nouvelles sources de donneurs conforte ce constat. Il paraît intéressant d’observer et de collecter des informations sur les espèces ayant des comportements d’hibernants ou d’hivernants (Storey, 2004renvoi vers) pour améliorer la compréhension des mécanismes d’adaptation physiologique au stress engendré par l’ischémie. L’élucidation de ces mécanismes devrait permettre d’améliorer la conservation des organes et limiter les dommages engendrés par l’I/R. L’analyse des mécanismes en cause au cours de l’I/R par une approche intégrée associant des outils de génomique et protéomique devrait permettre d’identifier les cibles essentielles. L’utilisation des machines de perfusion semble être une voie également d’un intérêt majeur avec l’évaluation de la température de perfusion éventuellement avec une oxygénation des milieux. Ce moment de la perfusion est idéal pour l’évaluation des organes d’une part et l’utilisation d’additif(s) pharmacologique(s) d’autre part.

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