Le mécanisme de la photocoagulation rétinienne – Comment fonctionne le laser ?
Il ne faut pas s’étonner que l’oxygène joue un rôle important dans le traitement d’une maladie ischémique. La rétinopathie diabétique et les occlusions veineuses rétiniennes sont des maladies ischémiques, caractérisées par une non-perfusion capillaire et un manque de flux sanguin et d’oxygène. L’hypoxie ischémique stimule la production de cytokines telles que le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), ce qui entraîne une néovascularisation et la formation d’un œdème. La photocoagulation laser traditionnelle de la rétine détruit simplement une partie des photorécepteurs, réduit la consommation d’oxygène de la rétine et rétablit un équilibre entre l’offre et la demande d’oxygène.
Pan-retinal Photocoagulation and Proliferative Diabetic Retinopathy
Traditionnellement, la rétinopathie diabétique proliférante a été traitée par une photocoagulation pan-rétinienne avec un laser à lumière visible. La pratique clinique consiste à délivrer des brûlures laser légères à modérées qui produisent une tache gris clair sur la rétine. Une telle application laser légère à modérée coagulera l’épithélium pigmentaire de la rétine et les photorécepteurs adjacents, mais laissera la rétine interne intacte (voir figure 1).1 Les photorécepteurs utilisent plus d’oxygène que la plupart des cellules du corps et leur destruction est un moyen efficace de réduire la consommation d’oxygène de la rétine. Un schéma typique de photocoagulation pan-rétinienne d’environ 1 200 à 1 500 brûlures de 0,5 mm de diamètre peut réduire le nombre de photorécepteurs et la consommation d’oxygène de la rétine externe d’environ 20 %.
Il faut garder à l’esprit que la rétinopathie diabétique concerne principalement la rétine interne. Cela signifie que nous devons expliquer comment la coagulation des cellules et la destruction de la consommation d’oxygène dans la rétine externe influencent la rétine interne. L’explication se trouve dans la double circulation et l’apport d’oxygène à la rétine. La majorité de l’oxygène fourni à la rétine provient du choriocapillaris et diffuse dans la rétine externe, où il est consommé par les photorécepteurs.
En règle générale, il existe soit un minimum de tension d’oxygène au milieu de la rétine2, soit une ligne de partage des eaux en oxygène entre la rétine interne et externe. Normalement, l’oxygène de la choroïde n’atteint pas la rétine interne chez l’homme ; cependant, cela n’est plus vrai si les photorécepteurs ont été détruits et si la consommation d’oxygène de la rétine externe a considérablement diminué. Le flux d’oxygène provenant de la choroïde peut alors pénétrer dans la rétine externe sans être consommé et peut atteindre la rétine interne, où il élève la tension d’oxygène3-7 et améliore l’hypoxie8 (voir figure 2).
Ceci a été initialement démontré par Stefánsson et al. en 19815 et a été récemment confirmé par Budzynski et al.9 Cet apport supplémentaire d’oxygène à la rétine interne compense l’apport réduit par la circulation rétinienne. L’hypoxie est corrigée et la production de cytokines induites par l’hypoxie, comme le VEGF, est normalisée (voir figure 3).10,11
L’hypoxie est le stimulant naturel du VEGF, et la néovascularisation et la correction de cette hypoxie par le traitement au laser sont un moyen parfait pour arrêter ce processus.
La loi de Starling et l’œdème maculaire
Le développement de l’œdème maculaire adhère aux principes de la loi de Starling12, tout comme, en général, l’œdème vasogénique. D’une part, l’augmentation de la perméabilité des vaisseaux rétiniens est produite par le VEGF induit par l’hypoxie, ce qui entraîne la fuite de molécules osmotiquement actives dans le tissu, puis d’eau, c’est-à-dire la formation de l’œdème. D’autre part, la pression hydrostatique dans les capillaires et les veinules et augmente le flux d’eau du vaisseau au tissu.
Le traitement au laser et l’augmentation de l’oxygénation affectent l’œdème maculaire par ces deux mécanismes différents.13 Premièrement, la réduction de l’hypoxie va diminuer la production de VEGF et diminuer la perméabilité vasculaire. Deuxièmement, la constriction artériolaire autorégulatrice diminue alors la pression hydrostatique dans les capillaires et les veinules, ce qui réduit le flux de liquide des vaisseaux vers les tissus et réduit la formation de l’œdème. Par définition, l’œdème est une accumulation anormale d’eau dans un tissu et le développement et la régression de l’œdème sont basés sur le mouvement de l’eau entre les compartiments vasculaire et tissulaire.14
La loi de Starling décrit l’échange d’eau à l’état d’équilibre entre le compartiment vasculaire et le compartiment tissulaire extracellulaire.15 La pression hydrostatique dans le vaisseau pousse l’eau dans le tissu, et ceci est opposé par les différences de pression oncotique (osmotique) entre le sang et le tissu. La loi de Starling stipule que pour un équilibre des échanges de fluides entre les vaisseaux et les tissus, les gradients de pression hydrostatique et oncotique doivent être égaux et opposés :
ΔP – ΔQ = 0
ΔP représente le gradient de pression hydrostatique et ΔQ le gradient de pression osmotique entre les compartiments vasculaire et tissulaire.
ΔP = πvessel – πtissue
πvessel est la pression hydrostatique dans la microcirculation et πtissue est la pression hydrostatique dans le tissu, qui dans l’œil est égale à la
pression intraoculaire.
ΔQ = θvessel – θtissue
θvessel est la pression osmotique dans la microcirculation et θtissue est la pression osmotique dans le tissu.
À l’état normal, ces forces sont en équilibre et il n’y a pas de mouvement net d’eau entre les compartiments tissulaire et vasculaire. Si la pression osmotique, θtissue, dans le tissu est augmentée par une fuite de protéines plasmatiques des capillaires vers le compartiment tissulaire, ΔQ diminue et il en résulte un œdème. Cette fuite et cet équilibre osmotique sont contrôlés par le VEGF, qui est influencé par le taux d’oxygène. Un traitement au laser qui réduit l’hypoxie réduira le VEGF, la fuite et la pression osmotique dans le tissu, et augmentera ainsi ΔQ et diminuera la formation d’œdèmes.
Si la pression hydrostatique, πvessel, dans les capillaires et les veinules est augmentée, cela entraîne l’eau dans le tissu et crée un œdème, alors qu’une diminution de la pression sanguine hydrostatique, πvessel, diminuerait l’œdème, en supposant que les pressions oncotiques soient constantes. Les artérioles rétiniennes servent de vaisseaux de résistance et contrôlent la pression hydrostatique en aval. Le diamètre des artérioles rétiniennes est contrôlé par les niveaux d’oxygène. En hypoxie, les artérioles dilatées ont moins de résistance et, par conséquent, le flux sanguin et la pression hydrostatique, πvessel, sont augmentés en aval dans les capillaires et les veinules, où une pression hydrostatique élevée dilate ces vaisseaux à paroi mince selon la loi de LaPlace. Le diamètre des artérioles et des veinules de la rétine est une indication de la pression sanguine hydrostatique dans la microcirculation rétinienne. Avant le développement de l’œdème maculaire diabétique, les artérioles et les veinules de la rétine se dilatent progressivement.16,17 Après un traitement au laser de la macula, les artérioles et les veinules se resserrent18 à mesure que l’œdème rétinien régresse. Le même schéma est observé dans l’occlusion de la veine rétinienne ramifiée.19
Etudes humaines
Les études sur l’oxygénation rétinienne ont traditionnellement impliqué une technologie invasive et, par conséquent, la plupart des études ont été menées sur des animaux de laboratoire. Cependant, deux groupes ont utilisé des mesures invasives de la tension d’oxygène pour étudier l’effet oxygénant du traitement laser chez des patients diabétiques subissant une vitrectomie. Stefánsson et al.6 ont trouvé une tension d’oxygène significativement plus élevée sur les zones traitées au laser que sur les zones non traitées chez les patients diabétiques (voir la figure 4), alors que Maeda et al.20 n’en ont pas trouvé.
Récemment,21 nous avons développé un oxymètre rétinien spectrophotométrique non invasif qui peut être utilisé cliniquement chez les patients humains (voir la figure 5). Grâce à cet appareil, nous avons constaté une augmentation significative de la saturation en oxygène dans les vaisseaux sanguins rétiniens après un traitement au laser des occlusions veineuses rétiniennes et de la rétinopathie diabétique.22-25
De nombreuses preuves indirectes viennent également étayer l’amélioration de l’oxygénation après photocoagulation rétinienne chez l’homme.26 Il est bien établi que le débit sanguin rétinien et le diamètre des vaisseaux sont inversement liés à la tension d’oxygène. Des niveaux élevés d’oxygène entraînent une vasoconstriction et une diminution du flux sanguin.27 Feke et al.28 ont montré que le flux sanguin rétinien est réduit après une photocoagulation pan-rétinienne chez des diabétiques humains, ce qui a été confirmé par Grunwald et al.29 Fujio et al.30 ont élégamment montré que le flux sanguin rétinien était réduit dans la moitié du fond d’œil traitée au laser par rapport à la moitié non traitée. Wilson et al.31 ont utilisé les photographies originales du fond d’œil de l’étude sur la rétinopathie diabétique (DRS) pour mesurer le diamètre des artérioles et des veinules rétiniennes avant et après la photocoagulation pan-rétinienne. Ces vaisseaux se sont resserrés de manière significative, de 10 à 15%, et il y avait également une corrélation significative entre la vasoconstriction et la régression de nouveaux vaisseaux dans la rétine. La vasoconstriction rétinienne suit également
la photocoagulation rétinienne pour l’œdème maculaire diabétique18 et l’occlusion de la veine ramifiée de la rétine.19 Kristinsson et al.17 ont démontré que les vaisseaux rétiniens se dilatent pendant le développement de l’œdème maculaire diabétique32 et se contractent après un traitement au laser réussi (voir figure 6). Nguyen et al.13 ont étudié l’influence de l’oxygène sur l’œdème maculaire diabétique de manière directe. Un supplément d’oxygène dans l’air respiré a réduit l’œdème maculaire diabétique pendant trois mois, et l’œdème est revenu lorsque les patients ont recommencé à respirer de l’air normal.
Conclusion
Le rôle de l’oxygène dans la maladie ischémique et son traitement est accepté dans tous les domaines de la médecine. Le rôle de l’oxygène dans le mécanisme thérapeutique de la photocoagulation rétinienne est connu depuis 27 ans, et a été continuellement confirmé par des études expérimentales et cliniques. Le mécanisme de la photocoagulation rétinienne implique l’oxygénation des tissus12 et améliore l’hypoxie induite par la non-perfusion capillaire ou l’ischémie. Elle inverse les conséquences de l’hypoxie, c’est-à-dire la formation de VEGF et la vasodilatation, la formation de nouveaux vaisseaux et l’œdème.