Débit sanguin hépatique

Ce chapitre est pertinent pour la section G4(ii) du Syllabus primaire du CICM 2017, qui attend du candidat à l’examen qu’il  » décrive la distribution du volume et du débit sanguins dans les différentes circulations régionales… y compris l’autorégulation…. Celles-ci comprennent, sans s’y limiter, les circulations cérébrale et médullaire, hépatique et splanchnique, coronaire, rénale et utéroplacentaire « . La circulation hépatique est apparue cinq fois dans les dernières épreuves (contre quatre fois pour la circulation cérébrale, ce qui la rend 25% plus importante). Les QSA historiques ont inclus :

• Question 13 du second papier de 2016
• Question 3 du second papier de 2015
• Question 18 du premier papier de 2013
• Question 11 du premier papier de 2012
• Question 4(p.2) du premier article de 2008

En résumé:

Abshagen et al (2015) ferait un excellent point de référence unique pour quelqu’un qui essaie de réviser ce sujet, si seulement il n’était pas paywalled par Springer. Pour le freegan, Eipel et al (2010) offrent essentiellement le même matériel, sans frais. Et comme d’habitude, dans un domaine spécialisé, il se trouve un auteur qui semble être responsable de la majeure partie de la littérature, qui dans ce cas est W. Wayne Lautt de l’Université du Manitoba ; à peu près tout ce qui est de son équipe semble être de l’or.

Alimentation sanguine artérielle du foie

L’alimentation artérielle du foie est maintenue par l’artère hépatique proprement dite, une branche de l’artère hépatique commune (une courte ramification du tronc cœliaque qui donne également naissance aux artères gastroduodénale et gastrique droite). Omettant la plainte habituelle sur l’inutilité de montrer les vraies relations anatomiques à la personne qui ne les verra jamais, l’auteur présente ce joli diagramme en forme de calamar de Chamberlain (2012):

Dans les manuels, cette artère est dite transporter environ 350ml/min de sang oxygéné vers le foie, à une pression artérielle correcte avec une PAM d’environ 65-90 mmHg. Ainsi, avec une saturation de 100 % et un taux d’hémoglobine de 100 g/l, semblable à celui d’un patient anémique en soins intensifs, la DO2 de l’artère hépatique est d’environ 48 ml/min. Cependant, en raison de sa capacité d’autorégulation, le débit réel dans une artère donnée sera très différent. A titre d’exemple, voici un tableau tiré de Tygstrup et al (1962). Les auteurs ont mesuré ces valeurs directement à partir de vaisseaux hépatiques canulés de sujets humains. La valeur moyenne était d’environ 550ml/min, soit 35% de l’apport sanguin hépatique total, mais ceci dans une fourchette massive (de 166ml à plus de 1L/min) :

Approvisionnement du foie en sang veineux portal

La circulation veineuse portale est essentiellement un égout à écoulement passif de sang appauvri en oxygène plutôt toxique, qui est constitué d’un système de vaisseaux sans valvules avec peu de muscle lisse dans leurs parois. La veine mésentérique supérieure et la veine splénique se rejoignent derrière le corps du pancréas pour former la veine porte, qui est un court vaisseau graisseux dont la paroi présente une microstructure relativement peu intéressante. L’art anatomique vandalisé ici est volé à anatomycorner.com:

Comme mentionné, il s’agit d’un système de vaisseaux veineux qui n’ont pas de valves. Pourquoi, est une question ouverte au débat. Certainement, ce n’est pas le genre de chose pour laquelle vous pourriez jamais attendre des preuves d’essais cliniques de haute qualité, ce qui signifie que tout ce que nous avons est la spéculation des experts. Certains soulignent la nécessité de maintenir un flux sans entrave avec un gradient de pression relativement faible ; les valves veineuses supposées obstrueraient la lumière et agiraient comme des résistances, ce qui serait contre-productif. D’autres suggèrent qu’il n’a pas besoin de valves, car il vit dans l’environnement à basse pression de l’abdomen. Dans les mollets, par exemple, la pression du compartiment change constamment, comprimant les veines – s’il n’y avait pas de valves, cela produirait un flux rétrograde dans le pied, ce qui serait totalement contre-productif. Dans l’abdomen, la pression du compartiment est constante (et normalement, faible), ce qui signifie que la veine porte peut s’attendre à ce qu’un flux unidirectionnel fiable soit maintenu sans valves.

Le flux dans la circulation portale est principalement entraîné par la pression transmise du sang poussé vers le haut par les artérioles splanchniques. Par conséquent, ce flux est non pulsatile, et sous faible pression. Balfour et al (1954) ont directement mesuré des pressions veineuses portales d’environ 8-10 mmHg chez des patients sains (ou presque). La résistance vasculaire produit ici une chute de pression de 8-10 mmHg dans la veine porte, jusqu’à 2-4 mHg dans les veines centrales, que Lautt at al (1967) a localisé dans de petites veinules post-sinusoïdales (vaisseaux au-delà de l’anastomose sinusoïdale qui se drainent dans la veine hépatique et qui ont environ 2 mm de diamètre).

Donc, malgré la faible pression motrice, parce que la résistance vasculaire est très faible, ce système est capable de conduire de vastes flux de sang. La plupart des manuels citeront quelque chose entre 800 et 1200 ml/min, et évidemment cela dépendra du foie de qui vous demandez. Brown et al (1989) ont interrogé quarante-cinq foies caucasiens normaux et sont arrivés à une valeur moyenne de 864 ml/min en position couchée, qui tombait à 662 ml/min lorsque les sujets étaient debout.

La saturation en oxygène du sang veineux portal n’est que d’environ 85%, qui chute encore plus bas après un repas. Hardin et al (1963) ont directement canulé les veines portales de chiens anesthésiés et ont mesuré une valeur moyenne de 81%, bien que les valeurs aient pu descendre jusqu’à 65% chez certains. Après un repas, cette valeur chutait jusqu’à 69-76 %. Cependant, comme le flux sanguin traversant ce système est très important, le flux total d’apport d’oxygène reste élevé. En utilisant les équations classiques, on peut calculer qu’un débit de 800ml/min avec une sats de 80% et une Hb de 100 donne un DO2 de 88ml/min. C’est environ le double de ce qui est fourni par l’artère hépatique. En d’autres termes, l’artère hépatique ne contribue qu’à environ 30-40% de l’apport total en oxygène du foie, même si de nombreux manuels indiquent qu’il s’agit d’un partage 50:50 avec la veine porte (par exemple, Dancygier, 2010). L’origine de cette valeur de 50% est probablement l’ancien article de Tygstrup et al (1962). Ils ont rapporté de nombreuses mesures humaines intéressantes (par exemple, les pressions moyennes dans les vaisseaux hépatiques, leurs débits sanguins, leur résistance, etc), et cela a fait de leur article une référence attrayante pour plusieurs générations d’auteurs de manuels.

Drainage veineux du foie

De ce double apport sanguin bizarre, le foie reçoit un débit sanguin total massif d’environ 1200-1800 ml/min, ce qui finit par représenter environ 20-25% du débit cardiaque. Logiquement, le débit sanguin veineux hépatique est égal à ce débit entrant, et les veines hépatiques sont suffisamment grandes. Elles sont généralement au nombre de trois (droite, moyenne et gauche), mais leur anatomie semble varier considérablement d’une personne à l’autre, ce qui pose un problème aux anatomistes qui ont décidé d’utiliser ces veines pour définir les segments du foie. Partout où la disposition anatomique est standardisée en usine, la veine hépatique droite est généralement dominante, représentant la majeure partie du drainage veineux.

Le foie extrait environ 6ml/100g/min d’oxygène de son double apport sanguin, qui délivre en moyenne 16ml/100g/min d’oxygène (Lutz et al, 1975). Cela donne un taux d’extraction d’oxygène d’environ 37%. À partir de là, on pourrait s’attendre à une saturation en oxygène veineux hépatique de quelque chose comme 60%, ce qui est presque exactement ce qui a été mesuré par Finnnerty et al (2019). Ou du moins, c’est le genre de chiffre auquel on peut s’attendre lorsque tout va bien. Comme nous l’expliquerons plus loin, l’extraction d’oxygène varie considérablement, en fonction de l’adéquation de l’offre et de l’ampleur de la demande.

Microcirculation hépatique

Ceci mérite d’être mentionné ici car il est assez unique d’un point de vue circulatoire. Il serait tentant de plonger profondément dans ce sujet ici, mais pour l’instant, le lecteur sera plutôt redirigé vers d’excellents articles gratuits tels que Wake &Kato (2015). En bref, les veinules portales et les artérioles hépatiques fusionnent de manière anastomotique dans les sinusoïdes hépatiques, qui se drainent ensuite dans les veinules post-sinusoïdales.

Les vaisseaux terminaux du réseau veineux portal maintiennent une faible résistance même jusqu’à un calibre très étroit, ce qui signifie que la majeure partie de la pression de la veine porte est transmise directement aux sinusoïdes hépatiques. Ces sinusoïdes pourraient être appelés « capillaires » dans n’importe quel autre organe, mais ils sont structurellement très différents, leur diamètre étant beaucoup plus large que celui d’un capillaire normal et leur épithélium discontinu. Le gradient de pression à travers ces vaisseaux est relativement faible ; selon Henriksen & Lassen (1988), il ne dépasse pas 3-5mmHg dans des conditions normales. Avec une pression motrice aussi faible, le flux a ici une vitesse inhabituellement basse, permettant une extraction maximale de l’oxygène et d’autres molécules. La faible pression permet également de maintenir le gradient de pression entre la circulation portale et les sinusoïdes, ce qui protège ce système sans valve d’un flux rétrograde.

Le foie comme réservoir de sang

Dans les manuels, on parle beaucoup de la fonction de stockage du foie. C’est un organe lourd rempli de sang, qui représente environ 25% du poids du sang (Greenway &Stark, 1971), comme on peut l’apprécier sur ce moulage du système porte (Okudaira, 1991), l’original en noir et blanc coloré en rouge gargantuesque vraisemblablement pour une sorte d’effet semblable au sang :

Si l’on concevait un système circulatoire pour un organisme aussi actif et sujet aux accidents que l’homme, on pourrait être tenté de rendre ce vaste réservoir de sang accessible par le corps en cas d’hémorragie ou d’exercice. C’est d’ailleurs ce qui se passe chez de nombreux mammifères. Par exemple, chez le chien, Guntheroth & Mullins (1963) ont pu démontrer la mobilisation d’un volume hépatosplénique stocké équivalent à 8% de la circulation totale, déclenchée par la libération de catécholamines. D’autres études animales produisent généralement des résultats similaires, et bien qu’il ne semble pas y avoir de données humaines pour soutenir cela, généralement les manuels tendent à convenir que cela se produit probablement aussi chez les humains, et décrivent le foie comme un organe de stockage important.

Régulation du flux sanguin de la veine porte

D’après les discussions ci-dessus, on pourrait tomber dans le piège de penser que la veine porte joue peu de rôle dans la gestion de son propre flux. Dans ce cas, il serait bien sûr facétieux d’intituler cette partie « régulation du flux sanguin veineux portal » si celui-ci était totalement non régulé. La veine porte serait donc considérée comme un organe stupide qui agit comme un conduit passif pour le sang, incapable de faire quoi que ce soit de plus intelligent que de former un caillot pour se bloquer. Ce n’est bien sûr pas le cas.

Il est vrai que le débit dans la veine porte est principalement déterminé par le débit dans les artères splanchniques, qui déterminent la quantité de sang délivrée au système porte. Il s’ensuit logiquement que le débit sanguin portal devrait pouvoir être manipulé en modifiant la résistance vasculaire de la circulation artérielle splanchnique. Cela semble effectivement être le cas, car les vasoconstricteurs splanchniques (tels que la terlipressine) diminuent le débit veineux portal. En fait, une dose de 2mg de terlipressine a diminué le flux veineux portal de près de 40% dans une étude de Baik et al (2005), ce qui est la base de son effet thérapeutique dans le contrôle de l’hémorragie variqueuse.

Ainsi, la veine porte possède en fait un muscle lisse, et des récepteurs pour toutes les substances vasoactives majeures. Richardson & Withrington (1981) énumère une foule de vasopresseurs, et Blei (1989) énumère de multiples vasodilatateurs, dont la liste suivante est un abrégé conservateur :

Ainsi, la circulation veineuse portale répond à une variété de stimuli, dont certains peuvent doubler ou diviser par deux sa résistance (ce qui, il faut l’admettre, ne veut pas dire grand-chose, car elle est très faible au départ). La réponse aux vasopresseurs endogènes est probablement liée au rôle apparent du foie en tant que réservoir sanguin, auquel cas il serait logique de diminuer le volume de la veine porte et de faire passer le sang supplémentaire dans la circulation systémique. Le lecteur attentif aura également identifié certaines hormones splanchniques dans la liste ci-dessus, ce qui pourrait suggérer une sorte de mécanisme de régulation lié à la digestion. C’est en effet le cas. Dauzat et al (1994) ont pu étudier ce phénomène chez des volontaires sains en utilisant des techniques de mesure non invasives, et ont constaté que la veine porte augmente sa surface transversale de 40% après un « repas standard » (apparemment, cela correspond à 470ml d’Ensure), ce qui est associé à une augmentation massive de 80% du débit.

Régulation du débit sanguin artériel hépatique

L’artère hépatique, étant un membre musculaire de la circulation systémique, est affectée par toutes sortes de mécanismes de régulation clairement définis. Si l’on devait les classer, ils tomberaient dans deux catégories désordonnées qui se chevauchent :

• Mécanismes intrinsèques d’autorégulation artérielle, qui sont communs à toutes les artères de la circulation systémique
• Réponse tampon artérielle hépatique, qui est unique à la circulation hépatique.

Les mécanismes d’autorégulation artérielle sont discutés plus en détail ailleurs, car ils sont assez génériques et s’appliquent à tous les systèmes circulatoires régionaux artériels. Ces facteurs génériques peuvent être encore classés en locaux et systémiques :

• Les facteurs systémiques comprennent :
  • Le contrôle du baroréflexe artériel (une augmentation de la PA entraîne une diminution de la RVS)
  • Les chimiorécepteurs périphériques et centraux (l’hypoxie entraîne une augmentation de la RVS)
  • Les hormones (ex. vasopressine et angiotensine)
  • Température (l’hypothermie entraîne une augmentation du RVS)
• Les facteurs locaux/régionaux comprennent :
  • Régulation myogénique intrinsèque (en réponse à l’étirement)
  • Régulation métabolique (en réponse à l’augmentation de la demande tissulaire)
  • Régulation associée au flux ou au cisaillement (en réponse à l’augmentation du flux local)
  • Réactions vasomotrices conduites à partir de sites vasculaires voisins
  • Refroidissement local (qui entraîne d’abord une vasoconstriction, puis à une nouvelle vasodilatation)
  • Modulation immunologique par des médiateurs inflammatoires

La réponse tampon artérielle hépatique est également connue sous le nom mélodieux d' »interrelation semi-réciproque artérielle hépatique-veineuse portale ». Le principe de base peut être résumé très simplement. Lorsque le débit veineux portal diminue, le débit artériel hépatique augmente. En d’autres termes, la résistance vasculaire artérielle hépatique est proportionnelle au débit sanguin veineux portal. Lautt et al (1990) ont pu démontrer que cette relation est relativement linéaire, sur une gamme normale de débits :

Cette relation fonctionne sur un laps de temps assez rapide. Lorsque la veine porte est clampée en peropératoire, le débit artériel hépatique augmente d’environ 30% presque immédiatement (Jacab et al, 1995). Bien que cette relation soit souvent décrite comme « semi-réciproque », comme dans la plupart des relations, l’un des partenaires finit par faire tout le travail ; si l’artère hépatique est clampée, la veine porte ne fait rien pour augmenter son débit.

Comment cela se produit-il ? L’explication la plus plausible est « l’hypothèse du lavage à l’adénosine ». Elle a été proposée par Lautt et al (1985), et a persisté dans la littérature, malgré des preuves assez bancales pour la soutenir. En résumé :

• L’adénosine est libérée dans l’espace de Mall, un espace périportal qui est occupé par la veine porte, l’artère hépatique et le canal biliaire.
• Elle y est ensuite piégée, car l’espace de Mall est séparé des autres compartiments liquidiens. En bref, elle n’a nulle part où aller, sauf à diffuser dans les vaisseaux pour être lavée.
• La veine porte dans cet espace a le débit le plus élevé, et donc si le débit portal est rapide, une grande partie de l’adénosine est lavée hors de l’espace de Mall.
• Comme l’adénosine est un vasodilatateur, sa perte entraîne une vasoconstriction.
• Comme l’artère hépatique est la seule chose dans l’espace de Mall avec même un lambeau de muscle lisse vasculaire, elle est la plus affectée par cela.
• Ergo, le flux portal, en ajustant la quantité d’adénosine dans l’espace de Mall, régule la résistance vasculaire de l’artère hépatique.

Cette idée semble avoir le genre de longévité que l’on pourrait attendre d’une théorie qui est en fait correcte, et les principaux challengers semblent principalement contester la nature du médiateur délavé (c’est-à-dire que certains prétendent que ce doit être de l’oxyde nitrique, de l’ATP, du monoxyde de carbone, et ainsi de suite). Pour le bien de la santé mentale du lecteur, ces détails seront laissés à l’abandon sur le rivage où ils ont été trouvés.

Extraction variable de l’oxygène par le foie

De toute la discussion ci-dessus, on pourrait correctement conclure que, bien que l’approvisionnement en sang du foie soit clairement soumis à une certaine régulation, il ne semble pas être particulièrement lié à son taux métabolique – certainement pas dans la même mesure que la circulation cérébrale est liée au métabolisme cérébral, par exemple. C’est raisonnablement correct. Les mécanismes de régulation les plus importants, tels que l’augmentation du débit post-prandial portal ou la réponse tampon artérielle hépatique, ne sont vraiment pas conçus pour faire correspondre l’offre à la demande – ils semblent se concentrer sur le

Donc, le foie doit s’adapter aux fluctuations de l’apport en oxygène d’autres manières. A savoir, il modifie son ratio d’extraction d’oxygène. Lutz et al (1975) ont constaté que la relation entre l’extraction d’oxygène et le débit sanguin était essentiellement linéaire, c’est-à-dire que lorsque l’apport d’oxygène au foie diminue, il extrait de plus en plus d’oxygène, jusqu’à ce qu’il n’y en ait pratiquement plus et que le sang veineux hépatique soit noir d’anoxie. Comme on peut clairement le voir sur ce diagramme de l’article original, le ratio d’extraction tend vers 100%.

Facteurs extrinsèques qui influencent la perfusion du foie

La raison pour laquelle cela est inclus ici est que dans les commentaires du collège à la question 13 du deuxième examen de 2016, les examinateurs s’attendaient à ce qu’une bonne réponse « tourne autour de la façon dont le flux sanguin hépatique est contrôlé… …en ce qui concerne les facteurs intrinsèques et extrinsèques ». Quels sont ces facteurs extrinsèques ? En regardant comment ils sont représentés ailleurs, on arrive à la conclusion que la liste doit être incroyablement large, et qu’elle pourrait inclure des facteurs comme « être frappé au foie » et « la mort circulatoire ». Plutôt que de les décrire comme des « mécanismes de contrôle » ou des « facteurs de régulation », il serait plus honnête de les décrire comme des « influences externes qui affectent le flux sanguin hépatique, souvent de manière dramatique, malgré lesquelles le foie continue d’une manière ou d’une autre à fonctionner ». Pour les résumer :

• Facteurs extra-hépatiques qui augmentent la perfusion hépatique :
  • Augmentation du retour veineux
    • Respiration spontanée (inspiration)
  • Augmentation du débit sanguin artériel
    • Tout ce qui augmente le débit cardiaque
  • Augmentation du débit sanguin portal
    • Vasodilatation planchnique. ex. après un repas
• Facteurs extra-hépatiques qui diminuent la perfusion hépatique
  • Diminution du retour veineux
    • Ventilation en pression positive
    • Insuffisance cardiaque, en particulier insuffisance cardiaque droite
    • États de surcharge liquidienne, ex. entre les séances de dialyse régulières
  • Diminution du débit sanguin artériel
    • Tout ce qui diminue le débit cardiaque, par ex. insuffisance cardiaque
    • Tout ce qui redistribue le débit sanguin splanchnique, par ex. exercice, libération de catécholamines, stress
  • Diminution du débit sanguin portal
    • Vasoconstriction splanchnique, par ex. états de choc

Changements du métabolisme des médicaments dus aux changements du débit sanguin hépatique

La question 13 du deuxième examen de 2016 demandait également aux stagiaires d' »expliquer les changements du métabolisme des médicaments lorsque le débit sanguin hépatique diminue ». Il s’agit en réalité d’une question sur la clairance hépatique, qui est abordée en détail dans la section sur la pharmacocinétique. Pour réduire le nombre de clics impliqués dans sa révision d’examen, les points importants sont reproduits ici sous la forme la plus courte possible.

• La clairance hépatique est le produit du débit sanguin hépatique et du rapport d’extraction hépatique:

  

  où le rapport d’extraction hépatique est ici représenté par tout ce qui est au-delà du symbole « × ».

• Le ratio d’extraction hépatique est la fraction du médicament entrant dans le foie dans le sang qui est irréversiblement éliminée (extraite) pendant un passage du sang dans le foie.

• Avec la diminution du débit sanguin hépatique, le ratio d’extraction hépatique augmentera pour tous les médicaments.

• Ce qui arrive au métabolisme du médicament avec la diminution du débit sanguin hépatique dépend de la clairance hépatique intrinsèque de ce médicament.
• Plus la clairance intrinsèque est élevée, plus la clairance de ce médicament dépend du débit sanguin.
• Donc, pour les médicaments à faible clairance intrinsèque, la clairance hépatique n’augmentera pas significativement avec l’augmentation du débit sanguin.
• Pour les médicaments à clairance intrinsèque élevée, la clairance hépatique diminuera de façon assez linéaire, proportionnellement au débit sanguin hépatique.

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