Dialyse
La dialyse, ou hémodialyse, est un processus de séparation des substances du sang.
Trois quarts de million de personnes dans le monde souffrant d’insuffisance rénale irréversible sont maintenues aujourd’hui à l’aide de ce qu’on appelle communément le « rein artificiel » ou hémodialyseur, la première machine à remplacer un organe défaillant. Vers 1960 et par coïncidence, deux méthodes distinctes de traitement de l’insuffisance rénale irréversible se développent presque simultanément en tant que traitements pratiques : la dialyse et la transplantation rénale (voir Transplantation d’organes).
L’idée que la mort de l’urémie à la suite d’une insuffisance rénale résulte de la rétention de solutés normalement excrétés par les reins est apparue au cours du XIXe siècle. La diffusion dans les gaz ou les liquides a été élaborée en parallèle, principalement par Thomas Graham, avec le développement mathématique de J. H. vant’Hoff. Ces deux idées sous-tendent la possibilité de traiter l’insuffisance rénale par dialyse de solutés potentiellement toxiques du sang, et donc des tissus et de l’eau corporelle.
Première tentative de dialyse
La première tentative de dialyse extracorporelle in vivo du sang a été faite en 1913 par John Jacob Abel (1857-1938) à Baltimore, dans le Maryland, à l’hôpital Johns Hopkins, en collaboration avec le médecin canadien Lawrence Rowntree et le biochimiste anglais Benjamin Turner. Les circuits extracorporels avaient été développés dans les années 1880 pour la perfusion d’organes entiers in situ ou ex vivo.
La dialyse avait besoin d’une membrane semi-perméable qui retiendrait les protéines et les cellules, mais permettrait aux solutés de diffuser à partir du sang. Un certain nombre de substances avaient été testées en laboratoire, mais la meilleure semblait être le collodion, développé pour la photographie dans les années 1850 sous forme de feuilles de dinitrate de cellulose.
Sang était difficile à dialyser
Le sang était difficile à dialyser car il coagulait au contact de surfaces étrangères, mais vers le tournant du siècle, l’hirudin, l’anticoagulant de la salive de sangsue, est devenu disponible sous forme brute, et Abel et ses collègues ont utilisé le collodion et l’hirudine. Leur conception consistait en un certain nombre de tubes de collodion immergés dans un bain de verre cylindrique de liquide de dialyse ; Le sang prélevé dans une artère a été pompé à travers des tubes en caoutchouc dans l’appareil et dans une veine.
Ils ont dialysé des chiens et montré que l’urée pouvait être éliminée, mais ils étaient plus intéressés par la séparation des substances physiologiquement actives du sang. Lors d’une démonstration de leur dialyseur à Londres en 1913, un rédacteur du Times de Londres a utilisé pour la première fois le terme « rein artificiel ». L’équipe se sépare après 1915 et Abel ne travaille plus sur la dialyse.
Les premières tentatives spécifiques de traitement de l’urémie par dialyse ont été faites par Georg Haas (1886-1971) de Giessen, en Allemagne, initialement dans l’ignorance des travaux d’Abel. Il construisit une machine très semblable à celle d’Abel en 1923 et traita les premiers patients humains en dialysant leur sang ex vivo et en le réinjectant par intermittence. Il a également utilisé l’hirudine comme anticoagulant, mais cette substance était encore rudimentaire et souvent toxique. Ses patients souffraient d’insuffisance rénale chronique irréversibleet tous sont morts.
Haas abandonna les travaux jusqu’en 1927, lorsque le nouvel héparine, un anticoagulant, fut découvert par Henry Howell, toujours à Johns Hopkins, avec l’étudiant en médecine Jay Maclean et plus tard, le pédiatre à la retraite Emmett Holt. Mais les patients de Haas mouraient quand même, et face à l’opposition de l’establishment médical, il abandonna définitivement en 1928.
Heinrich Necheles (1897-1979)
En 1923, Heinrich Necheles (1897-1979) de Hambourg dialysait des chiens délibérément rendus urémiques, mais avec une machine incorporant un nouveau design : un sandwich plat avec plusieurs couches d’une autre membrane de dialyse, le péritoine des veaux. Cependant, malgré son intérêt pour l’urémie, il n’a utilisé cette technique que pour préparer des extraits physiologiques de sang chez le chien.
Malgré l’utilisation de l’héparine, la dialyse s’est arrêtée parce que le collodion était trop compliqué à produire, trop fragile et trop difficile à utiliser. Une nouvelle membrane, l’acétate de cellulose, a été introduite en 1908, commercialisée sous le nom de « cellophane » en France en 1910. En 1930, le matériau a été transformé en tubes à Chicago par la Visking Company pour fabriquer des saucisses « sans peau » et s’est rapidement avéré utile en laboratoire pour la dialyse.
William Thalhimer (1884-1961)
William Thalhimer (1884-1961), pathologiste et hématologue new-yorkais, s’est rendu compte en 1937, grâce à son expérience de l’anticoagulation et du stockage du sang, que l’héparine associée à un tube en cellophane rendait possible un dialyseur pratique. Il a construit une telle machine et dialysé des chiens, mais comme il n’a pas fait de travail clinique lui-même, il a encouragé d’autres personnes à l’essayer chez l’homme. Au début des années 1940, quatre individus ont essayé et réussi, chacun sans aucun contact avec les autres.
Jonathon Rhoads (1907-2002)
En 1944, Jonathon Rhoads (1907-2002) de Philadelphie a construit et utilisé un dialyseur avec un tube en cellophane enroulé en spirale sur un cadre dans un bain de liquide de dialyse et l’a utilisé sur un seul patient. La dialyse a fonctionné, mais le patient est mort, et il n’a rien fait davantage. Le chirurgien torontois Gordon Murray (1894-1976), expert en héparine et collègue de Thalhimer, a travaillé sur des chiens de 1940 à 1946 pour perfectionner une conception similaire.
En 1946, sa première patiente a été traitée trois fois et a survécu à une insuffisance rénale aiguë. Il n’a fait que quelques dialysses au cours des cinq années suivantes, concevant et utilisant également un dialyseur de type sandwich à plaque plate. Nils Alwall (1906-1986) à Lund, en Suède, a travaillé sur des lapins pendant quatre ans ou plus avant de réussir chez l’homme en 1946.
Sa conception était similaire à celle de Murray, mais elle se distinguait par le fait qu’elle comportait une enveloppe extérieure permettant de contrôler la pression autour de la spirale afin de limiter l’ultrafiltration de l’excès de fluide. Alwall a continué à travailler dans le domaine de la dialyse jusqu’à sa retraite et a formé de nombreuses personnes à l’utilisation de sa première dialyse machines, principalement en Europe, mais aussi en Australie, en Israël et même aux États-Unis.
Le plus connu de ces chercheurs est Willem Kolff (1911-). En septembre 1945, il effectua avec succès la première dialyse avec récupération du patient à Kampen, aux Pays-Bas. À partir de 1943, il dialysa 16 autres patients, qui moururent tous. Beaucoup d’entre eux, cependant, souffraient d’insuffisance rénale irréversible, et certains se sont brièvement améliorés. Bien que Kolff n’ait jamais travaillé sur les animaux, il a établi pour la première fois les paramètres de taille nécessaires à l’utilisation humaine.
En conséquence, sa machine avait une surface beaucoup plus grande. Il a utilisé une spirale de tubes enroulés autour d’un grand tambour horizontal, posé à mi-chemin dans un bain ouvert de dialysat, qui tournait avec un accouplement d’un moteur de voiture Ford pour permettre au sang de circuler dans le tube de cellophane.
Kolff croyait passionnément en la dialyse, et à la fin des années 1940, il a construit et donné un certain nombre de machines, envoyé des plans partout pour que les gens puissent construire les leurs, et a fait le tour du monde pour faire la publicité de la nouvelle technique.
D’abord confronté au scepticisme mondial, il s’est rendu à Cleveland, Ohio en 1950. Sa machine fut perfectionnée à Boston par le médecin John Merrill, le chirurgien Carl Walter et l’ingénieur William Olson. Malgré ses nombreux inconvénients évidents (par exemple, un grand volume d’amorçage et une ultrafiltration incontrôlée), il a continué à être utilisé jusqu’au début des années 1960.
L’un des principaux facteurs de l’acceptation du traitement par dialyse dans les années 1950 était que, contrairement aux formes plus bénignes d’insuffisance rénale aiguë où une prise en charge conservatrice était possible, la dialyse a fait une différence majeure pour la survie des soldats blessés atteints d’insuffisance rénale sévère mais temporaire pendant la guerre de Corée (1950-1952).
De nouveaux dialyseurs beaucoup plus faciles à utiliser ont été introduits. Il s’agit notamment du rein à double bobine conçu et construit par Kolff et Bruno Watshinger de Vienne en seulement quelques mois à Cleveland en 1956, et de la conception du sandwich à assiette plate inventée d’abord par les chimistes Leonard Skeggs (1918-) (qui inventa plus tard la chimie clinique automatisée) et Jack Leonards, et, indépendamment, Arthur McNeil à Buffalo, New York.
À la fin des années 1950, les médecins du monde entier, ayant commencé par inadvertance la dialyse chez des patients atteints d’une maladie chronique irréversible, ont découvert qu’une « seconde mort » lente et misérable était inévitable lorsque les vaisseaux sanguins vitaux pour l’accès sont devenus inutilisables. Une solution est venue de l’industrie des polymères sous la forme de tubes d’isolation électrique en plastique polychlorure de vinyle (PVC), qui étaient déjà utilisés pour connecter les patients à la dialyse.
Bien qu’il ait été découvert pour la première fois en 1937, le PTFE ou le téflon, qui n’était pas mouillable et ne stimulait pas la thrombose dans le sang, est devenu disponible dans les années 1950. Seattle, le chirurgien Warren Wintershide l’a fait remarquer au néphrologue de l’endroit, Belding Scribner (1925-).
Il a ensuite demandé à un collègue ingénieur, Wayne Quinton, de plier les tubes à l’aide de chaleur et de faire un shunt reliant une artère et une veine à l’extérieur afin qu’elles puissent être fermées de la machine entre les dialyses tout en permettant au sang de circuler à travers celle-ci en continu : Soudain, la dialyse à long terme pour les maladies irréversibles était possible. Un ou deux patients qui n’ont commencé la dialyse que quelques années plus tard, en 1966, étaient encore en vie au tournant du XXIe siècle.
Les shunts ont été améliorés par l’utilisation d’un autre nouveau matériau, le caoutchouc de silicone. Puis, en 1965, à partir d’une expérience de la ponction veineuse alors qu’il travaillait dans une banque de sang, James Cimino (1927-) et ses collègues de New York ont introduit l’accès aux veines élargies par une fistule artérioveineuse créée chirurgicalement. À la fin de la décennie, ceux-ci étaient devenus presque universels et les shunts externes étaient déjà obsolètes.
Initialement, les dialyseurs plats et à bobines réutilisables puis (à partir de 1968) jetables déjà utilisés pour l’insuffisance rénale aiguë étaient également utilisés pour la dialyse à long terme. Cependant, au début des années 1960, les ingénieurs de la société Dow dans le Michigan ont appris à fabriquer des fibres creuses de moins de 100 micromètres de diamètre à partir de nombreux polymères différents pour des utilisations proposées dans la purification de l’eau et en médecine comme oxygénateurs membranaires.
Robert Charles Stewart Dick
Robert Charles Stewart Dick (1913-2004), un médecin et chimiste travaillant avec Dow, a suggéré leur utilisation pour l’hémodialyse, et les premiers dialyseurs capillaires à fibres creuses ont été utilisés chez l’homme en 1967. En 1980, ils étaient le type de dialyseur prédominant et, à partir de 1990, ils étaient presque universellement utilisés. Leur grand avantage, outre l’efficacité, est leur petite taille : un dialyseur à fibres creuses de 30 x 15 centimètres a la même capacité que le dialyseur à tambour rotatif original de Kolff, qui mesurait plus d’un mètre de long et un demi-mètre de diamètre.
Les membranes commerciales de dialysation de l’acétate de cellulose ont continué à être utilisées jusque dans les années 1990, lorsqu’elles ont été remplacées par des composés synthétiques plus perméables et plus biocompatibles tels que le polysulfone.
De plus, ces membranes plus perméables (dont le polyacrylonitrile AN-69 de 1969 est le prototype) sont de plus en plus utilisées pour exploiter l’élimination convective plutôt que diffusive des solutés, comme l’ont mis au point Lee Henderson (1931-) aux États-Unis et Eduard Quellhorst en Allemagne dans les années 1970.
Cette technologie s’est avérée particulièrement efficace dans le traitement de l’insuffisance rénale aiguë réversible chez les patients très malades, en utilisant l’hémofiltration continue tout au long de la journée.
L’autre changement majeur dans les machines de dialyse a été l’introduction du mélange continu de dialysat à partir de solutions salines concentrées et d’eau raisonnablement pure (mais pas stérile), mis au point par Arthur Babb pour Scribner à Seattle au début des années 1960, et maintenant universel.
En outre, diverses mesures de sécurité en ligne, à commencer dans les années 1950 par un piège à bulles pour empêcher l’air de pénétrer dans la circulation et la mesure de la température du dialysat et de la force ionique, ont continué à être introduites au fil des ans.
