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Notion de bio-incomptabilité

Mise à jour le : 13 juillet 2007, par NK Man, Paul Jungers
 
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Le contact du sang avec les membranes et les tubulures de dialyse provoque des réactions inflammatoires qui traduisent la bio-incompatibilité de ces matériaux étrangers à l’organisme. De plus, le passage d’endotoxines bactériennes contenues dans le bain de dialyse vers le sang du patient entraîne des réactions indésirables qui s’ajoutent à la bio-incompatibilité.

1. Mécanisme de la bio-incompatibilité

1.1 Activation du complément

Le principal mécanisme de la bio-incompatibilité est l’activation du système du complément résultant du contact du sang avec la membrane de dialyse. La libération des fragments activés C3a, C5a et C5b-9 entraîne une activation tant des monocytes, qui libèrent des cytokines pro-inflammatoires que des polynucléaires, qui libèrent des radicaux oxygénés réactifs et des protéases (figure 5-1).

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L’intensité de l’activation du complément et de l’apparition d’anaphylatoxines dans le sang dépend des propriétés physico-chimiques de la membrane.

Les membranes cellulosiques non substituées sont celles dont la capacité d’activation du complément est la plus élevée en raison de la présence de nombreux groupes hydroxyles à leur surface. Les membranes cellulosiques substituées, telles que les membranes à base d’acétate, où les groupes hydroxyles de la cellulose sont remplacés par des résidus acétate, entraînent une moindre activation du complément. L’activation du complément la plus faible est observée avec les membranes synthétiques telles que la polyacrylonitrile, le polysulfone, le polyméthylméthacrylate, le polycarbonate, le polyamide ou le polyéthylvinylalcool, où les groupes hydroxyles sont absents.

D’autres stimuli tels que l’héparine, l’oxyde d’éthylène utilisé comme agent stérilisant, l’anion acétate du dialysat et des endotoxines diffusant dans le sang à partir d’un dialysat contaminé sont également capables d’activer les composants du sang.

L’activation du complément atteint son maximum en 10 à 15 minutes, mais dure jusqu’à 90 minutes après le début de la dialyse, en cas d’utilisation de membranes cellulosiques non substituées.

La libération du fragment C5a, agent biologique puissamment actif, provoque une séquestration des polynucléaires neutrophiles dans les capillaires pulmonaires (figure 5-2). Il en résulte une neutropénie profonde, mais transitoire, dans les premières minutes de la séance d’hémodialyse, et une hypoxie qui peut avoir des conséquences cliniques chez les patients asthmatiques ou ayant une insuffisance respiratoire chronique.

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L’activation du complément entraîne également la libération de radicaux actifs de l’oxygène (radicaux oxygénés libres) et d’enzymes protéolytiques par les polynucléaires, ainsi que de cytokines proinflammatoires, notamment d’IL-1 et de TNFα par les monocytes activés. L’IL-1 (interleukine 1) provoque fièvre, hypotension et malaise général.

1.2 Activation des facteurs de coagulation

L’activation du facteur Hageman (ou facteur XII) par les charges négatives de membranes de dialyse telles que la membrane de PAN, lorsque le pH du liquide de rinçage initial du circuit sanguin est inférieur à 7,4, peut déclencher la cascade de la kallicréine, entraînant une production excessive de bradykinine. Du fait que les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (IEC) ont la propriété d’inhiber la dégradation de la bradykinine, il peut apparaître des réactions anaphylactiques chez les patients dialysés avec une membrane négativement chargée et simultanément traités par un IEC (Figure 5-3). La bradykinine provoque bronchoconstriction, vasodilatation et augmentation de la perméabilité capillaire (réaction anaphylactique).

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Les membranes AN69ST® (ST pour « surface traitée ») prévienent l’activation de la phase contact du sang, quel que soit le pH, grâce au greffage à leur surface d’un biopolymère, le polyéthylène-imine (PEI), qui neutralise les charges négatives présentes à la surface de la membrane. Ce traitement empêche la génération de kallikréine et de bradykinine, et donc la survenue de réactions anaphylactoïdes.

2. Manifestations cliniques aiguës de la bio-incompatibilité

2.1 Réactions anaphylactiques aiguës

Certains patients activent le complément de manière particulièrement intense lors du premier passage du sang sur une membrane cellulosique non substituée neuve. Il peut en résulter une réaction anaphylactique survenant dès les premières minutes de la séance d’hémodialyse, caractérisée par une douleur thoracique constrictive, une dyspnée, une chute tensionnelle et un malaise général qui peut, exceptionnellement, aller jusqu’à l’arrêt cardio-respiratoire.

Ces réactions aiguës sont désignées sous le nom de « syndrome de première utilisation » car les membranes cellulosiques réutilisées ont une capacité d’activation du complément nettement atténuée.

2.2 Traitement et prévention des réactions anaphylactiques

Le traitement d’urgence associe l’arrêt immédiat de la dialyse sans restitution du sang et l’administration intraveineuse de corticostéroïdes, avec une assistance ventilatoire si besoin.

La prévention des réactions anaphylactiques repose sur l’identification de leur mécanisme et sur la suppression des facteurs responsables (tableau 5-I). Le rinçage du dialyseur avec une quantité suffisante de liquide (2 à 3 litres) permet de soustraire les composés toxiques. Lorsqu’une intolérance à l’oxyde d’éthylène est en cause, il faut changer de technique de stérilisation et utiliser des dialyseurs traités par les rayons gamma ou par la vapeur d’eau. En cas d’interférence entre une membrane chargée négativement et la prise d’IEC, il convient de recourir à une membrane traitée neutralisant les charges négatives de surface. Lorsque la symptomatologie clinique suggère une réaction pyrogène ou une bactériémie, il faut vérifier la qualité du traitement de l’eau et rechercher la présence de bactéries ou d’endotoxines dans le dialysat.

3. Conséquences à long terme de la bio-incompatibilité

Outre ces réactions immédiates en cours de dialyse, la bio-incompatibilité du matériel de dialyse a des conséquences délétères à long terme. En effet, l’activation répétée du système immunitaire au cours des séances d’hémodialyse induit un état inflammatoire et un stress oxydatif permanents, qui s’ajoutent aux effets de la préactivation des cellules immunocompétentes résultant de l’état urémique lui-même (tableau 5-II).

3.1 Manifestations cliniques

La bio-incompatibilité des membranes de dialyse est impliquée dans l’apparition de l’amylose à β2-microglobuline (β2-m). En effet, les membranes cellulosiques non substituées entraînent une augmentation de synthèse et de libération de β2-m par les monocytes, ainsi que la libération de protéases et de radicaux oxygénés libres qui favorisent la formation de fibrilles de β2-m. De plus, ces membranes ne permettent pas l’extraction de la β2-m. Ainsi, le développement d’une amylose à β2-m, lors de l’emploi de membranes cellulosiques non substituées de faible perméabilité, résulte de l’effet combiné d’une augmentation de synthèse, d’un défaut d’extraction et de conditions favorisant la polymérisation de la β2-microglobuline.

Les membranes bio-incompatibles jouent également un rôle important dans la susceptibilité accrue des dialysés aux infections. Les membranes cellulosiques non substituées entraînent une diminution de la capacité des polynucléaires à répondre à des stimuli phagocytaires, en raison d’une altération de leurs propriétés de chimiotactisme et d’adhérence.

Elles entraînent également une stimulation du catabolisme protéique médiée par les cytokines libérées par les monocytes activés et par leur action sur les cellules musculaires. La bio-incompatibilité des membranes peut ainsi contribuer à la malnutrition chez les patients dialysés. Enfin, la bio-incompatibilité contribue à l’athérome accéléré des hémodialysés, du fait de l’état micro-inflammatoire qu’elle entretient.

Au total, les membranes bio-incompatibles participent à certaines conséquences délétères à long terme de l’hémodialyse, telles que l’amylose β2-m, le catabolisme musculaire, la malnutrition, l’athérome et la sensibilité aux infections, tandis que les membranes récentes, de meilleure compatibilité, contribuent à diminuer ces complications et devraient être utilisées de préférence sauf impossibilité d’ordre économique.

3.2 Prévention de la bio-incompatibilité

Dans l’idéal, une hémodialyse utilisant des membranes parfaitement biocompatibles et un bain de dialyse stérile et apyrogène offrirait les conditions optimales assurant une bonne tolérance des séances de dialyse et la prévention des complications inflammatoires à long terme. Les recherches en cours visent à la mise au point de systèmes de dialyse permettant de répondre à ces exigences tout en restant économiquement viables.

Les conditions optimales permettant de limiter les manifestations inflammatoires induites par la technique d’hémodialyse sont résumées dans la figure 5-4.

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