Publié Juin 2002
1) INTRODUCTION
Le Doppler transcrânien (DTC) est une technique d'exploration non invasive des artères intracrâniennes. Son utilisation chez l'enfant drépanocytaire découle des travaux d'Adams (1) qui en 1992 a montré que les enfants ayant des vitesses élevées au niveau des artères cérébrales moyennes ou carotides internes avaient un risque accru d'accident vasculaire cérébral. Au départ le DTC était fait à l'aveugle à l'aide d'un appareil dédié muni d'une sonde de 2 MHz, à émission pulsée. Les progrès technologiques ont permis l'intégration de sondes dédiées aux appareils d'échographie Doppler couleur permettant une visualisation en temps réel des structures vasculaires intracrâniennes et une plus grande facilité d'utilisation.
2) LA DREPANOCYTOSE
La drépanocytose est une anémie hémolytique chronique caractérisée par la survenue d'accidents graves vaso-occlusifs et infectieux. Très fréquente dans les régions tropicales (Afrique subsaharienne, Asie du Sud-Est), et le pourtour méditerranéen, elle est maintenant présente du fait des flux migratoires, dans les grandes métropoles du Nord de l'Europe, et est déjà la maladie génétique la plus fréquente en Ile de France, les syndromes drépanocytaires majeurs concernant 1/1000 naissances. Première maladie monogénique décrite, elle présente une grande variabilité dans l'expression clinique de la maladie qui peut aller de formes profondément invalidantes jusqu'à des formes quasiment inapparentes.
3) LES COMPLICATIONS NEUROVASCULAIRES
a-l'accident vasculaire cérébral (AVC)
L'AVC est une des complications les plus sévères de la drépanocytose, grévée d'une lourde morbidité et mortalité. En l'absence de traitement préventif, le risque cumulatif de survenue d'un AVC clinique chez un patient drépanocytaire est de 17 % à 20 ans et de 32 % à 40 ans. Ce risque est 220 fois plus important dans la drépanocytose (risque de 285 pour 100000 par an) que dans la population non drépanocytaire (risque de 1,29 pour 100000 par an) comme le montre une étude menée aux USA entre 1988 et 1991 dans le Washington DC et recensant tous les AVC survenant chez les enfants âgés de 1 à 14 ans.
Les AVC sont ischémiques dans 75% des cas et hémorragiques dans les autres cas. Ils surviennent surtout entre 5 et 10 ans (37%) mais 20% surviennent avant 5 ans, 29% de 10 à 15 ans et 14% de 15 à 19 ans .
Les symptomes cliniques les plus fréquents sont l'hémiparésie, l'aphasie ou la dysphasie, avec ou sans convulsions. Dans 25% des cas l'AVC est associé à une crise vaso-occlusive ou à de la fièvre. Certains AVC ont été favorisés par une transfusion simple responsable d'hyperviscosité sanguine ou un échange avec temps de saignée et donc d'anémie excessif. L'évolution immédiate peut être le décès (seconde cause de décès chez l'enfant après l'infection) mais dans 98% des cas les enfants survivent à ce premier AVC. La plupart (62,5%) récupèrent complètement sur le plan moteur mais les séquelles cognitives sont pratiquement constantes et s'accentuent avec le temps du fait des difficultés d'acquisition(2) Le risque cognitif est d'autant plus élevé que l'AVC est survenu chez un enfant plus jeune. En l'absence de traitement, l'AVC récidive dans 67 % des cas dans les 12 à 24 mois suivant le premier épisode. Les transfusions au long cours réduisent ce risque à 10 %(3).
b-physiopathologie de la vasculopathie cérébrale
La lésion principale de la drépanocytose est une sténose progressive des artères de la base du crâne, touchant surtout le système carotidien : artères carotides internes (CI) au niveau du siphon et du segment terminal, cérébrales moyennes (ACM)et cérébrales antérieures(ACA) dans leur segment proximal, aboutissant à l'obstruction et s'accompagnant du développement d'un réseau de collatérales, notamment au niveau des vaisseaux lenticulostriés, réalisant l'aspect de moyamoya décrit en artériographie, qui expose secondairement au risque d'hémorragie. Ces lésions artérielles sont responsables d'infarctus dans le territoire parenchymateux irrigué par l'artère lésée, mais aussi dans les territoires jonctionnels corticaux et les territoires jonctionnels profonds des artères perforantes dans la substance blanche. L'infarctus peut être lié à une interruption du flux sanguin, mais aussi à une chute importante du débit sanguin cérébral local responsable d'une hypoxie tissulaire, et parfois à la mobilisation d'embols.
Dans 30% des cas environ, il n'existe pas de lésion des gros troncs artériels et on invoque un mécanisme touchant les petits vaisseaux avec troubles hémodynamiques. En effet, il existe chez le drépanocytaire des modifications hémodynamiques réactionnelles à l'anémie chronique comportant une augmentation du débit cardiaque et du débit sanguin cérébral et une diminution des résistances vasculaires périphériques par vasodilatation. La fonction d'autorégulation du flux cérébral est perturbée et une aggravation brutale de l'anémie, une chute tensionnelle ou une hypoxie peuvent provoquer une hypoperfusion diffuse ou focale , aggravée par des phénomènes de ralentissement du flux et obstruction de la lumière des petits vaisseaux par effet sludge.
4) INTERET DU DOPPLER TRANSCRANIEN
a-diagnostic de sténose artérielle
Le DTC permet de dépister les sténoses des principales artères de la base du crâne, avant la survenue de l'AVC et de mettre en route des thérapeutiques visant à éviter la survenue de l'accident clinique. Son utilisation dans la drépanocytose découle des travaux d'Adams qui a été le premier à évaluer la fiabilité du DTC dans le diagnostic des lésions artérielles intracrâniennes chez les enfants drépanocytaires. En comparant les vitesses de 6 enfants drépanocytaires ayant des antécédents d'AVC et des sténoses intracrâniennes prouvées par artériographie et celles de 115 enfants drépanocytaires sans antécédent neurologique, il a montré qu'une augmentation de la vitesse de l'ACM, l'ACA ou de la CI terminale supérieure ou égale à 1,90 m/sec évoquait fortement une sténose focale. Dans une étude plus large (10)portant sur 34 patients âgés de 2 à 30 ans (moyenne 12+/-6) ayant eu un AVC, explorés par DTC et en utilisant l'artériographie comme gold-standard, il note une sensibilité du DTC de 90 % et une spécificité de 100 % avec les critères suivants : une vitesse moyenne supérieure ou égale à 2 m/sec évoque une sténose, l'absence de flux dans l'ACM ou un flux lent inférieur à 0,70 m/sec dans l'ACM est en faveur d'une thrombose de la CI et/ou de l'ACM, le flux lent enregistré étant en rapport avec une circulation de suppléance de type Moya Moya. Il souligne l'importance de l'approche orbitaire qui lui a permis de détecter deux sténoses de la CI sans anomalie du flux des ACM.
b-prédiction des AVC
Adams a ensuite démontré la capacité du DTC à prédire la survenue d'AVC chez des enfants drépanocytaires asymptomatiques(11). Cent quatre vingt dix enfants ont été suivis pendant 29 mois en moyenne. Vingt-trois avaient une vitesse moyenne supérieure à 1,70 m/sec. Sept AVC sont survenus dont six parmi les 23 patients avec DTC anormal. Ce résultat a été confirmé par une étude ultérieure incluant 125 enfants supplémentaires , qui a retrouvé un risque d' AVC de 40 % dans les 3 ans chez les enfants ayant une vitesse moyenne dans la CI terminale ou l'ACM supérieure ou égale à 2 mètres par seconde contre 2 % si le DTC était normal. En utilisant un Doppler couplé à l'échographie, nous avons vérifié que les critères décrits par Adams en Doppler aveugle pouvaient être utilisés en échographie Doppler (8). Alors que nous avions pris comme valeur seuil 1,70 m/sec, la vasculopathie suspectée par DTC chez 9 enfants sur une série de 58 enfants drépanocytaires a été confirmée par artériographie chez tous sauf un. Les quatre patients avec une vitesse supérieure à 1,90 m/sec avaient tous une sténose. Deux d'entre eux n'avaient pas d'antécédent neurologique.
c-réduction du risque d'AVC par le programme transfusionnel
Le bénéfice thérapeutique du dépistage des sténoses par DTC a été démontré par une étude américaine randomisée, multicentrique(12) concernant 130 enfants ayant un DTC pathologique avec une vitesse supérieure à 2 mètres par seconde. La mise en route d'un programme transfusionnel visant à maintenir le taux d'hémoglobine S en dessous de 30 % permet de réduire le risque d'AVC à 2 %. Dix AVC et un hématome intracérébral sont survenus chez les 67 patients non transfusés contre un seul AVC chez les 63 transfusés. Nous avons précisé les indications des transfusions au long court en contrôlant de manière rapprochée sous programme transfusionnel les enfants ayant une vitesse supérieure à 2m/sec(13,14). Les enfants dont les vitesses se normalisaient rapidement sous transfusion n'avaient pas de sténose artérielle intracrânienne et donc vraisemblablement pas de risque accru d'AVC et pouvaient bénéficier de l'Hydrea plutot que des transfusions.
5) TECHNIQUE DU DOPPLER TRANSCRANIEN COULEUR
Le DTC est réalisé avec un échographe Doppler couleur équipé d'une sonde de 2 MHZ(5-7) . L'opérateur se place à la droite du patient comme pour une échographie abdominale. Le patient est en décubitus dorsal, la tête tournée vers la droite pour l'exploration des artères gauches par fenêtre temporale et vice versa. Pour l'exploration du tronc basilaire, le patient est assis, cou légèrement fléchi, menton bien médian, tournant le dos à l'examinateur, jambes pendantes hors du lit d'examen.
Trois fenêtres acoustiques sont utilisées, temporale, sous occipitale et orbitaire.
Pour la fenêtre temporale , la sonde est placée sur la tempe au dessus du zygoma et est déplacée sur une ligne allant du rebord orbitaire externe à l'oreille, jusqu'à ce que l'on obtienne en imagerie noir et blanc une bonne visualisation des pédoncules cérébraux, structure hypoéchogène en forme de cur située à une profondeur d'environ 50 mm. L'absence de fenêtre acoustique est rare chez l'enfant, rencontrée dans moins de 1 % des cas. Elle peut être unilatérale et variable d'un examen à l'autre. La meilleure fenêtre est antérieure permettant un bon alignement de la ligne de tir Doppler pulsé et de l'axe des artères, mais parfois seul un abord postérieur sus auriculaire est possible. Après passage en mode couleur, on obtient une vue complète du polygone de Willis, l'ACM homolatérale étant codée en rouge si tel est le code du flux se rapprochant de la sonde, de même que l'artère cérébrale postérieure homolatérale dans son segment P1 précommunicant, alors que l'ACA dans son segment A1 précommunicant est codée en bleu. C'est bien entendu l'inverse pour les artères controlatérales. Pour visualiser la CI terminale, la sonde est orientée légèrement vers le bas. On passe alors en mode pulsé qui seul permet une analyse quantitative des flux, en plaçant la porte d'échantillonnage Doppler pulsé sur l'artère examinée. La largeur de la porte est de 4 mm environ. On essaiera toujours de bien ajuster la ligne de tir et l'axe du vaisseau. Si ce n'est pas possible, notamment en cas de fenêtre postérieure, une correction d'angle sera appliquée en restant toujours en deçà de 30°, afin de ne pas majorer artificiellement les vitesses. En effet, l'angle intervient par son cosinus dans l'équation de base du Doppler et donc une surestimation d'angle de 60° entraîne une surestimation de la vitesse de 100 %.
La fenêtre sous- occipitale permet de visualiser en coupe transversale la convergence des deux artères vertébrales et le tronc basilaire formant un Y codé en bleu, le flux s'éloignant de la sonde.
La fenêtre orbitaire permet l'étude du siphon carotidien dans ses deux segments, C3 avec un flux positif et C2 post ophtalmique avec un flux négatif. La sonde est placée sur la paupière supérieure fermée. La puissance d'émission est réduite en raison du risque potentiel de cataracte expérimentalement décrit chez l'animal pour des puissances nettement supérieures.
6) RESULTAT
a-Spectre des vitesses et paramètre étudié
Le flux des artères intracrâniennes est de type basses résistances, avec une forte composante diastolique. Le paramètre utilisé est la moyenne des vitesses maximales au cours d'un cycle, obtenu après tracé manuel de l'enveloppe d'un cycle. La plupart des appareils permettent aussi un tracé automatique. Il n'est fiable que si le spectre obtenu est de très bonne qualité sans bruit de fond et sans parasitage par une autre artère, ce qui n'est pas toujours le cas. Aussi nous préférons le tracé manuel. Insistons sur le fait que c'est la moyenne des vitesses maximales qui est prise en compte et non pas la vitesse systolique, comme c'est souvent le cas chez l'adulte.
b-Valeurs normales
Chez l'enfant drépanocytaire, les vitesses intracrâniennes sont nettement supérieures à celles des enfants non drépanocytaires, indépendamment de toute sténose, du fait de l'anémie chronique par le biais de l'hypoxie tissulaire qui est responsable d'une diminution des résistances périphériques et d'une augmentation du débit cardiaque et du débit sanguin cérébral.
Tableau récapitulatif des vitesses moyennes normales des artères du polygone de Willis en cm/sec
| Cérébrale moyenne | |||
| Cérébrale antérieure | |||
| Cérébrale postérieure | |||
| Tronc basilaire | |||
| Carotide interne |
Enfants AA : enfants non drépanocytaires
Enfants SS : enfants drépanocytaires homozygotes avec hémoglobine SS
Adultes AA : adultes non drépanocytaires.
Il existe une corrélation nette entre le taux d'hématocrite et les vitesses. De plus, les vitesses varient avec l'âge, chez l'enfant drépanocytaire homozygote SS , comme chez l'enfant non drépanocytaire. Elles sont plus hautes entre 3 et 12 ans avec un pic de vitesse vers 7-8 ans. Il est intéressant de noter que cette tranche d'âge est celle du risque maximum d'AVC. D'autres facteurs interviennent sur les vitesses à un moindre degré : l'hyperventilation volontaire, par l'intermédiaire de l'alcalose hypocapnique, provoque une diminution significative des vitesses. A l'inverse l'inhalation de CO2 par l'intermédiaire de l'acidose hypercapnique provoque une importante augmentation des vitesses. Le sommeil entraîne une augmentation des vitesses de 10 % environ, vraisemblablement par l' hypoventilation et l'augmentation de la PCO2.
c-Diagnostic de sténose
Ce que l'on recherche par DTC, c'est une augmentation de vitesse traduisant un rétrécissement de la lumière artérielle. En effet, à débit constant, toute réduction de la lumière artérielle s'accompagne d'une augmentation de la vitesse de la colonne sanguine en proportion du carré de la réduction luminale. Mais une vitesse élevée peut aussi être en rapport avec une augmentation de débit, par exemple dans une collatérale par le jeu des anastomoses du polygone de Willis en présence d'une sténose ou obstruction artérielle ou simplement du fait d'une hypoxie tissulaire cérébrale sévère. Les vitesses de base étant plus élevées chez l'enfant drépanocytaire du fait du jeune âge et de l'anémie, les critères utilisés dans les autres applications du DTC (vasospasme, sténose athéromateuse de l'adulte) ne peuvent pas être utilisés tels quels et doivent être adaptés. L'enregistrement d'une vitesse d'une artère intracrânienne supérieure ou égale à 2m/sec permet d'affirmer que l'examen est anormal faisant suspecter une sténose. Lorsque l'on retrouve une vitesse comprise entre 1,70 et 2 mètres par seconde, l'examen est dit limite.L'examen est normal lorsque toutes les artères du polygone de Willis sont perméables avec des vitesses inférieures à 1,70 m/sec.
d-fréquence des examens pathologiques
La fréquence des examens DTC pathologiques parmi les enfants SS est de 10 % environ et celle des examens limites de 9 %. Dans notre expérience du suivi systématique des enfants dépistés en néonatal et explorés annuellement par DTC dès la deuxième année de vie(9,18) nous avons constaté que l'âge d'apparition d'une vitesse anormale variait de 1,5 à 12,5 ans avec une moyenne de 7,4 et que le risque de survenue d'une vitesse supérieure à 2 mètres par seconde était très significativement lié au phénotype SS et Sbeta0 , au degré de l'anémie évaluée par le taux basal d'hémoglobine à distance d'une crise vaso-occlusive et d'une transfusion, au VGM élevé (absence de risque en cas de VGM inférieur à 75 (en l'absence de carence en fer ou folate),et à l'absence d'alpha-délétion, alors que le sexe, le génotype beta, le taux d'hémoglobine F ne sont pas liés.
Nous avons remarqué que l'enregistrement d'un flux anormal dans une ACM ne correspond pas toujours à une sténose de cette artère mais peut être du à une sténose de la CI homolatérale, l'accélération du flux étant retrouvé dans le segment d'aval et que la bilatéralité des flux anormaux ne permet pas de différencier une sténose d'une simple augmentation de débit, les lésions artérielles de la drépanocytose étant bilatérales dans la moitié des cas.
e-diagnostic de thrombose artérielle
Le DTC couleur permet aussi de suspecter une occlusion d'une artère de la base, lorsque celle-ci n'est pas visible en imagerie couleur alors que la fenêtre est satisfaisante permettant la visibilité des artères voisines (15). Des flux de dérivation peuvent être vus, par exemple au niveau des vaisseaux lenticulostriés en présence d'une occlusion de l'ACM . Ils apparaissent comme des signaux de couleur sombre donc de basse vélocité ; le spectre des vitesses est souvent amorti avec un pic systolique moins abrupte et les vitesses calculées sont basses, inférieures à 0,50 m/sec .
7) PROTOCOLE D'EXPLORATION
Le dépistage néonatal de la drépanocytose chez les couples à risque est maintenant généralisé à toute la France. Il permet d'éviter la mortalité précoce par la mise en route dès l'âge de 2 mois d'une prophylaxie orale par pénicilline, la vaccination antipneumococcique, l'éducation des parents en leur apprenant les risques de séquestration splénique et leur prévention éventuelle . Il permet le dépistage précoce de la vasculopathie cérébrale et l'amélioration de son pronostic.
Nous proposons l'exploration par DTC systématique annuel de tous les enfants SS et Sbeta0thalassémiques dès l'âge de 12-18 mois.
Si le DTC est pathologique, après avoir éliminé par la NFS une vitesse élevée transitoire en rapport avec une anémie aiguë majeure, un programme mensuel de transfusion est entrepris et un contrôle est programmé trois mois plus tard comportant un DTC et une angiographie en résonance magnétique. La technique d'ARM qui nous semble la plus appropriée est la technique d'ARM 3D en temps de vol, avec acquisition de plusieurs volumes d'imagerie en utilisant le TE le plus court possible afin de limiter les artefacts liés au déphasage des spins en présence de flux turbulents, sans injection de Gadolinium. Nous avons constaté(4)chez l'enfant drépanocytaire un nombre important de faux positifs en ARM, avec vide de signal au niveau des siphons carotidiens et dans certains cas des segments M1 des artères cérébrales moyennes, liés aux vitesses élevées et aux turbulences du flux cérébral. Donc si l'ARM n'est pas strictement normale, nous pensons que l'artériographie conventionnelle après préparation par transfusion est indiquée. Si les vitesses restent supérieures à 1,70 m/sec, et/ou si l'ARM est anormale, une sténose est probable que l'on confirmera éventuellement par artériographie conventionnelle . Le programme transfusionnel mensuel au long cours est poursuivi sous contrôle Doppler trimestriel et la transplantation de cellules souches hématopoïétiques est envisagée, étant donné que le programme transfusionnel permet une stabilisation des lésions de vasculopathie mais non leur régression .
Si les vitesses sont descendues en dessous de 1,70 m/sec, il est probable qu'elles étaient liées à une augmentation de débit par hypoxie tissulaire cérébrale, et le remplacement progressif du programme transfusionnel par l'Hydroxyurée(17) capable d'améliorer de façon significative l'anémie dans plus de 50% des cas, pourra être discuté,en prévoyant un contrôle Doppler tous les trois mois, la réascension des vitesses indiquant la reprise du programme transfusionnel, les vitesses rapides étant délétères par elles-même.
Si l'on découvre au premier examen une vitesse comprise entre 1,70 et 1,99 m/sec, l'examen est suspect, d'autant plus s'il s'agit d'une autre artère que l'ACM. Après avoir vérifié que l'enfant n'est pas en crise d'anémie aiguë, on tiendra compte des autres complications éventuelles de la maladie et un contrôle à court terme (3 mois) pourra être proposé.
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