Selon un nouveau modèle mathématique des chercheurs de Stanford, les patients atteints d’anémie peuvent être traités efficacement avec des transfusions de substituts sanguins qui sont plus facilement disponibles.
Un modèle mathématique de l’interaction des processus physiologiques et biochimiques du corps montre qu’il peut être plus efficace de remplacer la transfusion de globules rouges par la transfusion d’autres fluides qui sont beaucoup moins demandés.
Les transfusions sanguines sauvent des vies, mais le précieux liquide manque désespérément, non seulement aux États-Unis mais dans le monde entier. Mais que faire si les transfusions ne nécessitent pas toujours du sang ?
Un nouveau modèle mathématique des processus physiologiques et biochimiques en interaction du corps – y compris l’expansion des vaisseaux sanguins, l’épaississement du sang et les changements de débit en réponse à la transfusion de globules rouges – montre que les patients souffrant d’anémie, ou de sang avec de faibles niveaux d’oxygène, peuvent être efficacement traités avec des transfusions de substituts sanguins plus facilement disponibles.
La recherche, co-écrite par des scientifiques de l’Université de Stanford et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD), a été publiée le 14 octobre 2021 dans le Journal de physiologie appliquée.
Une infirmière tient un sac de sang donné. Selon un nouveau modèle mathématique, les patients atteints d’anémie peuvent être traités efficacement par des transfusions de substituts sanguins plus facilement disponibles.
L’utilisation d’un liquide différent pourrait également éliminer une conséquence néfaste de la transfusion sanguine : il a été observé que l’utilisation du sang durée de vie inférieure de 6 pour cent par unité transfusée par décennie en raison de ses effets secondaires indésirables.
“Au lieu du vrai sang, nous pouvons utiliser un substitut qui peut réduire les coûts et éliminer les effets négatifs de la transfusion sanguine”, a déclaré l’auteur principal de l’étude Weiyu Li, doctorant en ingénierie des ressources énergétiques à la Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Terre).
La transfusion est une procédure courante pour transférer des composants sanguins directement dans la circulation des patients anémiques. Les globules rouges sont équipés de manière unique pour remplir la fonction de transport d’oxygène, c’est pourquoi ils sont utilisés pour les transfusions de patients souffrant d’anémie. Mais le processus d’obtention, de stockage et d’administration du groupe sanguin correct et hygiénique pour chaque patient est également intensif et coûteux. De plus, l’offre de sang disponible est bien en deçà de la demande : le déficit mondial dans tous les pays sans approvisionnement suffisant s’élève à environ 100 millions d’unités de sang par an.
“Vous pourriez livrer plus de marchandises, dans ce cas, de l’oxygène, avec moins – c’est en fait l’idée de base de la durabilité”, a déclaré l’auteur principal de l’étude Daniel Tartakovsky, professeur d’ingénierie des ressources énergétiques à Stanford Earth. « Il s’agit de faire plus avec moins. »
La transfusion de globules rouges est effectuée pour améliorer la probabilité que l’oxygène vital au fonctionnement des organes et des tissus soit délivré. Cependant, le processus épaissit également le sang, et cette augmentation de la viscosité peut être un problème, selon la recherche. Le nouveau modèle montre que lors de la transfusion, les vaisseaux sanguins de certains patients ne se dilatent pas et, comme leur sang a été épaissi par des globules rouges supplémentaires, il est plus visqueux et ne circule pas aussi facilement pour fournir de l’oxygène. Pour ces patients, le traitement de l’anémie par une transfusion de 2 unités – actuellement la quantité de transfusion la plus fréquemment utilisée – réduirait le débit sanguin, quel que soit l’état de l’anémie, selon le modèle.
Cependant, pour de nombreuses personnes, la transfusion provoque la dilatation des vaisseaux sanguins, augmentant ainsi la circulation et fournissant plus d’oxygène au corps. Les résultats révèlent l’avantage des patients anémiques dont les vaisseaux sanguins se dilatent pendant la transfusion. Le modèle suggère que s’abstenir de transfusion ou transfuser d’autres fluides appelés plasma les extenseurs, qui provoquent la dilatation des vaisseaux sanguins, peuvent être un moyen plus efficace d’augmenter l’apport d’oxygène. Les expanseurs plasmatiques consistent en des solutions d’amidon de haut poids moléculaire dissous dans une solution saline normale; ils sont utilisés en médecine transfusionnelle depuis plusieurs décennies et se sont avérés efficaces dans des études expérimentales.
« À l’heure actuelle, la transfusion sanguine est déterminée en s’attaquant à la mauvaise cible, à savoir la restauration de l’oxygène.portant capacité », a déclaré le co-auteur Marcos Intaglietta, professeur et fondateur de la discipline de bio-ingénierie à l’UCSD. “Mais la cible logique d’une transfusion sanguine est de restaurer l’oxygène-livraison capacité.”
Les projections des résultats de l’équipe montrent que des substituts sanguins sûrs et peu coûteux peuvent réduire de 10 fois le coût global de la transfusion sanguine, tout en réduisant considérablement les aspects négatifs du processus. Leur modèle des processus circulatoires du corps a été dérivé d’expériences précédemment publiées sur la façon dont les mammifères réagissent à la transfusion.
“Notre modèle mathématique identifie les processus physiologiques naturels qui expliquent la conclusion de plusieurs études d’observation : les gens peuvent bénéficier d’une transfusion sanguine sans utiliser de sang”, a déclaré Tartakovsky. “Mais rien ne sort vraiment de la modélisation seule – elle doit être fondée sur des observations, des études expérimentales et de l’expérience.”
Les co-auteurs espèrent que leurs découvertes mèneront à des essais cliniques qui testeront la capacité d’alternatives non sanguines à augmenter l’apport d’oxygène. À ce jour, il n’y a pas eu de résultats cohérents d’essais médicaux rigoureux qui soutiennent l’idée que de petites quantités de sang sont plus efficaces que la simple addition de plasma humain, selon les auteurs de l’étude.
“C’est le premier modèle à prendre en compte tous ces effets”, a déclaré Li. “J’espère que les gens auront la chance de voir nos résultats et de décider s’ils pourraient être utilisés pour traiter les patients.”
Référence : « Un modèle de perfusion tissulaire anémique après une transfusion sanguine montre un rôle critique de la réponse endothéliale aux stimuli de stress de cisaillement » par Weiyu Li, Amy G. Tsai, Marcos Intaglietta et Daniel M. Tartakovsky, 14 octobre 2021, Journal de physiologie appliquée.
DOI: 10.1152/japplphysiol.00524.2021
Tartakovsky est également membre de Bio-X. Amy Tsai de l’UC San Diego est co-auteur de l’article.
Cette recherche a été financée en partie par le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force sous le numéro d’attribution FA9550-21-1-0381.