« Gonflez bien la poitrine » : des avancées dans la physiopathologie de la dysfonction diaphragmatique acquise en réanimation.

Question posée :

La dysfonction diaphragmatique chez les patients de réanimation est une entité bien décrite, et elle est associée à une durée de ventilation prolongée, une augmentation de la durée de séjour à l’hôpital et des séquelles fonctionnelles qui peuvent être présentes plusieurs années après le séjour en réanimation (1). Fréquente en réanimation, la dysfonction diaphragmatique est associée au sepsis et à la gravité de la pathologie initiale (2). La physiopathologie de la neuromyopathie de réanimation (NMR), et notamment de sa composante diaphragmatique, est complexe et multifactorielle. Les trois principaux mécanismes décrits sont une inexcitabilité membranaire par dysfonctionnements des canaux sodiques, un déficit bioénergétique par dysfonctionnement mitochondrial et une protéolyse par activation notamment du complexe ubiquitine-protéasome. Ce dernier mécanisme semble jouer un rôle crucial dans cette pathologie. La dégradation des protéines musculaires est sous la dépendance de deux systèmes principaux, la protéolyse médiée par le complexe ubiquitine-protéasome, responsable de la perte des myofibrilles, et l’autophagie. Ainsi, des niveaux élevés d’ARN messager du complexe ubiquitine-protéasome ont été retrouvés chez des patients septiques (3), de même que des taux élevés de particules circulantes du protéasome (4).

Plusieurs études réalisées chez des patients en état de mort encéphalique opérés pour prélèvement d’organes montrent que la ventilation mécanique provoque une atrophie des fibres musculaires diaphragmatiques associée à un stress oxydant accru, une augmentation des marqueurs de protéolyse et une activation du système ubiquitine-protéasome (5-7).

Les objectifs de cette étude étaient donc de confirmer qu’il existait chez des patients de réanimation sous ventilation mécanique une atrophie et une perte des propriétés contractiles des fibres musculaires diaphragmatiques, et que cette protéolyse était secondaire à une  activation du système ubiquitine-protéasome.

Patients et méthodes :

Vingt-deux patients ont été inclus. Il s’agissait de patients hospitalisés en réanimation, sous ventilation mécanique, et devant subir une intervention chirurgicale. La cohorte était hétérogène, tant sur le plan des causes amenant les patients en réanimation (traumatologie, péritonite, détresse respiratoire…) que sur le plan des caractéristiques liées à la ventilation mécanique avant l’intervention chirurgicale (durée de ventilation mécanique, FiO2, PEEP…). Ces 22 patients ont été comparés à 14 patients contrôles qui étaient des patients devant subir une chirurgie programmée de résection pulmonaire dans le cadre d’une néoplasie. Une biopsie diaphragmatique était réalisée, afin d’analyser la composition en chaînes lourdes de myosine, et l’activation du système ubiquitine-protéasome. Les auteurs ont notamment étudié les concentrations musculaires de muscle-specific ring finger protein-1 (MuRF-1) et  de muscle atrophy F-box (MAFbx), enzymes dites ubiquitine ligases et responsables de l’ubiquitinylation des protéines avant dégradation par la sous-unité 20S du protéasome au sein du complexe ubiquitine-protéasome.

Cette partie sur prélèvements humains était complétée par une partie animale utilisant des souris rendues déficientes (knockout) pour le gène MuRF-1.

Résultats essentiels :

Il existe une atteinte quantitative et qualitative des fibres musculaires diaphragmatiques chez les patients de réanimation sous ventilation mécanique, associée à une infiltration par des cellules inflammatoires (neutrophiles et macrophages).

La diminution de la contractilité observée dans les fibres musculaires diaphragmatiques est due à une diminution des « attached cross-bridges » (contrôles vs. patients de réanimation, 75±11 vs. 50±17 mN /mm2/ΔL, P=0,002); cette diminution n’est pas liée à une atteinte quantitative des protéines contractiles, mais plutôt à une atteinte qualitative des protéines contractiles.

Il existe dans le diaphragme des patients de réanimation une activation du système ubiquitine-protéasome comme illustré par l’augmentation des taux de MuRF-1 (contrôles vs. patients de réanimation, 1,0 [0,4-1,1] vs. 2,1 [1,5-4,0], P=0,001) et de MAFbx (contrôles vs. patients de réanimation, 0,6 [0,3-1,1] vs. 2,2 [1,0-3,7], P=0,002). L’activation du système ubiquitine-protéasome était également retrouvée dans les muscles non-respiratoires chez ces patients.

Chez la souris, la perte de contractilité diaphragmatique observée après ventilation mécanique n’était pas retrouvée chez les souris déficientes pour la protéine MuRF-1, soulignant ainsi l’importance de cette protéine et du complexe ubiquitine-protéasome dans la perte de fonction diaphragmatique au cours de la ventilation mécanique.

Commentaires :

L’étude de Hooijman apporte un éclairage important sur l’étude de la dysfonction diaphragmatique chez les patients sous ventilation mécanique, en confrontant des données animales et des données humaines, et en confirmant l’implication de mécanismes physiopathologiques précédemment proposés chez l’animal ou chez le patient en état de mort encéphalique. Le complexe ubiquitine-protéasome semble jouer un rôle de premier plan dans l’augmentation de la protéolyse observée au cours de la ventilation mécanique. Il convient cependant de noter l’hétérogénéité des patients étudiés, tant sur le motif d’admission en réanimation et sur l’indication de la chirurgie que sur la durée et les modalités de la ventilation mécanique avant la biopsie.

Sur le plan scientifique, les résultats auraient mérité d’être décrits de manière plus quantitative, en présentant des données chiffrées avec leurs déviations standards et la significativité des tests statistiques. Nous ne savons pas par exemple dans quelle mesure l’infiltration de cellules inflammatoires augmente significativement. L’identification des cellules inflammatoires a été également parcellaire. Les auteurs avancent qu’il y a une atteinte qualitative et non quantitative des protéines, sans apporter d’éléments ni sur leur fonction ni sur leur remplacement. Un taux accru de protéines ne signifie pas toujours que l’activité enzymatique associée augmente. Le choix de se limiter aux protéines MuRF-1 et MAFbx n’est pas justifié alors que le protéasome est constitué de plusieurs protéines. Il aurait été intéressant que l’état mitochondrial (masse mitochondriale, activité mitochondriale, glycolyse vs oxydation phosphorylante) soit analysé.  La mesure de la force des fibres diaphragmatiques aurait pu être plus complète, par exemple en l’exprimant en fonction du logarithme de la concentration de calcium. Les résultats murins semblent confirmer les hypothèses des auteurs, même si on peut regretter l’absence de caractérisation de la structure du muscle diaphragmatique chez les animaux knockout. En outre, il sera important de confirmer ces données par une approche d’inhibition pharmacologique du protéasome chez des souris de phénotype « sauvage». Le principal biais est lié à la déficience génétique qui est globale, et donc non restreinte au muscle. Il serait probablement intéressant d’affiner ces résultats en utilisant des souris avec une déficience sélective musculaire en MuRF-1 (délétion conditionnelle).

Points forts :

  • Véritable démarche de recherche translationnelle initiée par une observation clinique suivie d’une validation expérimentale chez l’animal
  • Corrélation anatomo-clinique chez des patients de réanimation

Points faibles :

  • Hétérogénéité de la population étudiée
  • Absence de groupe contrôle apparié sur la durée de ventilation mécanique ou l’intensité de la réponse inflammatoire systémique
  • Absence d’étude des processus inflammatoires qui pourraient contribuer aux dysfonctionnements diaphragmatiques

Implications et conclusions :

Parmi les nombreux mécanismes impliqués dans la physiopathologie de la dysfonction diaphragmatique acquise en réanimation, l’activation du système ubiquitine-protéasome est maintenant bien démontrée, chez l’animal comme chez l’homme. Cela ouvre la voie à des perspectives thérapeutiques, ce d’autant que des inhibiteurs du protéasome comme le bortezomib font déjà partie de l’arsenal thérapeutique dans la prise en charge du myélome ou de l’amylose AL. L’évaluation de telles molécules dans l’atteinte musculaire des patients de réanimation pourrait représenter un axe de recherche prometteur.

Dernière mise à jour : 30/11/2016