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L'histoire de la dialyse

Thomas Graham’s “Bakerian Lecture“ manuscript
Manuscrit de Thomas Graham intitulé « BakerianLecture » et consacré au « pouvoir osmotique », Royal Society of London, 1854  

Histoire de l’hémodialyse

Maladies aussi vieilles que l’humanité, l’insuffisance rénale aiguë et l’insuffisance rénale chronique peuvent, si elles ne sont pas traitées, conduire au décès du patient en quelques jours ou semaines. Dans la Rome antique, puis au Moyen-Âge, on soignait l’urémie avec des bains chauds, des cures de sudation, des saignées et des lavements. Les méthodes actuelles de traitement de l’insuffisance rénale utilisent des processus physiques tels que l’osmose et la diffusion, qui se produisent universellement dans la nature et qui contribuent au transport d'eau et de solutés.

Les premières descriptions scientifiques de ces phénomènes datent du XIXe siècle et ont été rédigées par le chimiste écossais Thomas Graham, aujourd’hui connu comme le père fondateur de la dialyse. Au départ, les méthodes de l’osmose et de la dialyse ont présenté de l’intérêt dans les laboratoires de chimie, où elles permettaient la séparation de substances, ainsi que l’élimination de l’eau contenue dans les solutions à l’aide de membranes semi-perméables.

Très en avance sur son temps, Thomas Graham a identifié, dans son travail, les utilisations potentielles de ces procédures en médecine. Aujourd’hui, l’hémodialyse désigne une technique d'épuration extracorporelle au cours de laquelle le sang des patients souffrant d’insuffisance rénale est débarrassé des toxines urémiques.

Dr. Georg Haas dialysis at the University of Giessen
Le Dr Georg Haas effectuant une dialyse sur un patient à l’université de Giessen

Débuts de la dialyse

La première description historique de ce type de technique date de 1913. Abel, Rowntree et Turner ont réalisé une « dialyse » sur des animaux anesthésiés dont le sang circulait en dehors du corps, dans des tubes membranaires semi-perméables en collodion, un matériau à base de cellulose. On ne saurait dire si Abel et ses collègues avaient, dès le départ, l’intention d’appliquer cette technique au traitement de l’insuffisance rénale.

Cependant, il ne fait aucun doute que la dialyse telle qu’elle est connue aujourd’hui repose toujours sur les principaux éléments qui composaient le dispositif de vividiffusion mis au point par Abel. Pour faire circuler le sang à travers le « dialyseur », il fallait inhiber la coagulation sanguine, au moins temporairement. Pour ce faire, Abel et ses collègues ont employé une substance appelée « hirudine ». Identifiée en 1880 dans la salive de la sangsue, elle présente des propriétés anticoagulantes.

Georg Haas, un médecin allemand originaire de Giessen, près de Francfort-sur-le-Main, a entrepris la première dialyse chez l’homme. Haas aurait dialysé le premier patient souffrant d’insuffisance rénale durant l’été de 1924 à l’université de Giessen, après avoir réalisé des essais préliminaires. Au cours des années suivantes et jusqu’en 1928, Haas a dialysé six autres patients, dont aucun n’a toutefois survécu, probablement en raison de leur état de santé très critique et de l’efficacité insuffisante de la dialyse. Le dialyseur de Haas, qui était également équipé d’une membrane de collodion, a été fabriqué dans différents modèles et formats.

À l’instar d’Abel, Haas utilisait de l’hirudine comme anticoagulant lors de ses premières dialyses. Cependant, cette substance était fréquemment à l’origine de complications graves dues à des réactions allergiques, parce qu’elle n’était pas purifiée correctement et provenait d’une espèce très éloignée de l’homme. Finalement, Haas utilisa l’héparine lors de son septième et dernier essai. L’héparine est un anticoagulant universel naturellement présent chez les mammifères.  Malgré sa purification insuffisante, cette substance entraînait nettement moins de complications que l’hirudine. De plus, elle pouvait être produite dans des quantités largement supérieures. Après la mise au point de techniques de purification plus efficaces en 1937, l’héparine a été adoptée comme anticoagulant et est toujours utilisée aujourd’hui.

Willem Kolff, first successful dialysis treatment
Willem Kolff

Le premier traitement efficace par dialyse

À l’automne 1945, le Néerlandais Willem Kolff a réussi à accomplir ce qui avait tenu Haas en échec. Kolff a utilisé un rein artificiel à tambour rotatif qu’il avait mis au point pour effectuer une dialyse sur une patiente de 67 ans hospitalisée pour une insuffisance rénale aiguë. Après une semaine de traitement, la patiente a pu quitter l’hôpital avec une fonction rénale normale.

Cette réussite a démontré la faisabilité du concept élaboré par Abel et Haas et représente la première percée majeure dans le traitement de patients atteints d’insuffisance rénale. Le succès de Kolff était en partie dû aux avancées techniques des équipements utilisés lors du traitement. Le rein artificiel à tambour rotatif de Kolff utilisait des tubes membranaires en cellophane, un nouveau matériau à base de cellulose conçu initialement pour le conditionnement alimentaire.

Pendant le traitement, ces tubes remplis de sang étaient enroulés autour d’un tambour en bois, qui tournait dans une solution d’électrolytes appelée « dialysat ». Selon les lois de la physique, lorsque les tubes membranaires passaient dans la solution, les toxines urémiques passaient dans ce liquide de rinçage.

Acute dialysis Korean War
Dialyse aiguë pendant la guerre de Corée (1952)

Le rein artificiel à tambour rotatif

Plusieurs exemplaires du rein artificiel à tambour rotatif de Kolff ont traversé l’Atlantique pour rejoindre l’hôpital Peter Brent Brigham de Boston, où ils ont fait l’objet d’importants perfectionnements techniques. Baptisées rein artificiel de Kolff-Brigham, les machines modifiées ont été expédiées de Boston vers 22 hôpitaux dans le monde entre 1954 et 1962.

Le rein de Kolff-Brigham avait auparavant passé l’épreuve du feu dans les conditions extrêmes de la guerre de Corée. Le recours à la dialyse a permis d’augmenter le taux de survie moyen des soldats atteints d’insuffisance rénale post-traumatique et, par conséquent, de gagner du temps pour d’autres interventions médicales.

Nils Alwall, early dialysis machine model
Nils Alwall en 1946 avec un des premiers modèles d'appareil de dialyse  

Dialyse et ultrafiltration

Outre la filtration des toxines urémiques, l’une des principales fonctions du rein naturel consiste à éliminer l’eau excédentaire de l’organisme. En cas de défaillance des reins, le rein artificiel appelé dialyseur doit prendre le relais et suppléer cette fonction. L’ultrafiltration désigne le processus au cours duquel l’eau contenue dans le plasma du patient est exprimée au travers de la membrane du dialyseur par différence de pression.

En 1947, le Suédois Nils Alwall a publié des travaux scientifiques décrivant un dialyseur modifié, capable de combiner plus efficacement les processus nécessaires de dialyse et d’ultrafiltration par rapport au rein artificiel de Kolff classique. Les membranes de cellophane utilisées dans ce dialyseur pouvaient être exposées à une pression supérieure, car elles étaient placées entre deux grilles protectrices en métal. Toutes les membranes se trouvaient dans un cylindre hermétiquement fermé, si bien que différents rapports de pression pouvaient être générés.

Early Kiil dialyzer model
Premier modèle du dialyseur de Kiil

Développements ultérieurs

Après que Kolff ait démontré que des patients urémiques pouvaient être traités avec succès grâce au rein artificiel, de nombreuses activités ont été initiées dans le monde entier au cours des années suivantes, dans le but de développer des dialyseurs plus perfectionnés et plus efficaces. Le dialyseur à plaques représente un développement majeur de cette période. Au lieu de faire circuler le sang dans des tubes membranaires, cette machine dirigeait le flux composé de solution de dialyse et de sang au travers de couches alternées de membranes.

Parallèlement au perfectionnement technique des dialyseurs, les bases scientifiques sur le transport des substances au travers de membranes ont été élargies et appliquées spécifiquement à la dialyse. Ces travaux ont permis aux scientifiques d’aboutir à une description quantitative du processus de dialyse et ont permis le développement de dialyseurs présentant des caractéristiques bien définies.

Belding H. Scribner
Belding H. Scribner (1921–2003)

Belding Scribner a réalisé une première avancée dans ce domaine en 1960 aux États-Unis, avec le développement de l’abord vasculaire appelé plus tard « shunt de Scribner ». Ce nouveau procédé assurait, durant plusieurs mois, un accès relativement simple aux vaisseaux sanguins du patient, permettant ainsi pour la première fois de traiter par dialyse les patients atteints d’insuffisance rénale chronique.  Ce shunt se trouvait sur une plaque fixée, par exemple, au bras du patient. Une canule en téflon était implantée par voie chirurgicale dans une veine du patient, une autre dans une artère. Les extrémités des deux canules étaient connectées ensemble en court-circuit à l’extérieur du corps — d’où le nom de « shunt ». Durant la dialyse, le shunt était ouvert et branché au dialyseur.

Au cours de travaux de perfectionnement, des shunts optimisés, entièrement composés de matériaux souples, ont été mis au point à partir de 1962. Cependant, l’avancée décisive dans le domaine de l’accès vasculaire s’est produite en 1966, avec Michael Brescia et James Cimino. Leurs travaux restent d’une importance majeure pour la dialyse aujourd’hui. Au cours d’une intervention chirurgicale, ils ont relié une artère du bras à une veine. Cette veine, qui, d’habitude n’était pas exposée à la pression artérielle élevée, s’est fortement dilatée. Des aiguilles ont ensuite pu être insérées plus facilement dans cette veine sous-cutanée, ce qui permettait un accès répété.

Cette technique a réduit le risque d’infection et permis de prolonger un traitement par dialyse pendant plusieurs années. Aujourd’hui, la fistule artérioveineuse (AV) représente toujours l’abord vasculaire de prédilection pour les patients dialysés. Par ailleurs, certaines fistules AV réalisées il y a plus de 30 ans sont toujours utilisées.

First chronic hemodialysis patient Clyde Shields
Clyde Shields (1921–1971)

Le premier patient chronique traité par hémodialyse

Ce développement a permis le traitement de longue durée des patients souffrant d’insuffisance rénale chronique. Au printemps 1960, Scribner a posé un shunt à l’Américain Clyde Shields, à Seattle. Clyde Shields a été le premier patient hémodialysé chronique. Ses traitements par dialyse lui ont permis de survivre onze ans à son insuffisance rénale chronique, avant de décéder des suites d’une maladie cardiaque. Ces succès ont servi de base fertile au premier programme d’hémodialyse chronique au monde, mis en place à Seattle au cours des années suivantes.

À l’époque, Scribner et son équipe se sont abstenus de faire breveter nombre de leurs inventions et innovations, car ils voulaient assurer la diffusion rapide de leurs techniques de maintien en vie en faveur des patients dialysés. Avec le développement de meilleurs abords vasculaires, les malades atteints d’insuffisance rénale chronique pouvaient, pour la première fois, bénéficier d’un traitement efficace.

Néanmoins, au début des années 1970, une séance de dialyse durait environ douze heures et était très onéreuse en raison du coût élevé du matériel et du traitement proprement dit. Par conséquent, tous les malades rénaux n’avaient pas accès à ce traitement vital. Aux États-Unis, par exemple, des comités étaient chargés d’attribuer les rares places de traitement disponibles et, donc, avaient la lourde tâche de décider de la vie ou de la mort des patients. 

6008 hemodialysis machine Fresenius Medical Care
Machine d’hémodialyse 6oo8 de Fresenius Medical Care

L’hémodialyse moderne

Après les premiers succès obtenus à Seattle, l’hémodialyse s’est établie dans le monde entier comme traitement de prédilection pour les malades atteints d’insuffisance rénale chronique et aiguë. Les membranes, les dialyseurs et les générateurs de dialyse ont été constamment perfectionnés et fabriqués industriellement en nombre croissant. Le développement du dialyseur à fibres creuses en 1964 a constitué une avancée majeure. Cette technologie a remplacé les traditionnels tubes membranaires et membranes plates des dialyseurs par une série de membranes creuses aussi fines que des capillaires.

Cette technique a permis de produire des dialyseurs offrant une surface suffisamment grande pour répondre aux exigences d’un traitement efficace par dialyse. Au cours des années suivantes, le développement de techniques de fabrication industrielle adéquates a permis de produire un grand nombre de dialyseurs à usage unique à prix raisonnable.

Désormais, les dialyseurs dévellopés par Fresenius Medical Care sont en polysulfone, une matière entièrement synthétique, offrant des propriétés d’épuration et une tolérance élevée pour les patients. Aujourd’hui encore, ils reposent sur ces mêmes principes technologiques. Par ailleurs, les générateurs de dialyse modernes sont conçus pour détecter chez le patient et à un stade pécoce, des conditions critiques éventuelles, pour qu'elles puissent être rapidement traitées par l'équipe médicale. Ils sont dotés de systèmes efficaces de monitoring et de gestion des données et ont gagné en convivialité au cours de ces dernières années. Les générateurs de dialyse de toute dernière génération utilisent de plus en plus d’appareils commandés par ordinateur, de technologies en ligne, de technologies de réseau et de logiciels spéciaux.

Le recours toujours plus répandu à l’hémodialyse dans la pratique clinique a permis aux scientifiques d’étudier de plus près les particularités des patients souffrant d’insuffisance rénale chronique. Contrairement à ceux présentés ici aux débuts de la dialyse, les défis que pose actuellement le traitement des patients atteints d’insuffisance rénale ne découlent plus de l’absence de technologies ou de modes de traitement adéquats. Au contraire, ils résultent du grand nombre de patients nécessitant une dialyse, des complications résultant de longues années de traitement et de la complexité démographique et médicale de la population de patients, dont le traitement aurait été inimaginable sans les travaux des pionniers présentés ici.