Dans le domaine de la médecine moderne, les antibiotiques se sont révélés être l'une des avancées les plus significatives, réduisant considérablement l'incidence et la mortalité des infections microbiennes. Leur capacité à modifier l'issue clinique des infections bactériennes a prolongé l'espérance de vie d'innombrables patients. Les antibiotiques sont essentiels dans les procédures médicales complexes, notamment les interventions chirurgicales, la pose d'implants, les transplantations et la chimiothérapie. Cependant, l'émergence d'agents pathogènes résistants aux antibiotiques est une préoccupation croissante, diminuant progressivement l'efficacité de ces médicaments. Des cas de résistance aux antibiotiques ont été documentés pour toutes les catégories d'antibiotiques, suite à des mutations microbiennes. La pression sélective exercée par les médicaments antimicrobiens a contribué à l'apparition de souches résistantes, ce qui représente un défi majeur pour la santé mondiale.
Pour lutter contre le problème urgent de la résistance aux antimicrobiens, il est essentiel de mettre en œuvre des politiques efficaces de contrôle des infections qui freinent la propagation des agents pathogènes résistants, tout en réduisant l'utilisation des antibiotiques. De plus, il existe un besoin urgent de méthodes thérapeutiques alternatives. L'oxygénothérapie hyperbare (OHB) s'est révélée une modalité prometteuse dans ce contexte, impliquant l'inhalation d'oxygène pur à 100 % à des niveaux de pression spécifiques pendant une durée déterminée. Positionnée comme traitement principal ou complémentaire des infections, l'OHB pourrait offrir un nouvel espoir dans le traitement des infections aiguës causées par des agents pathogènes résistants aux antibiotiques.
Cette thérapie est de plus en plus utilisée comme traitement principal ou alternatif pour diverses affections, notamment l'inflammation, l'intoxication au monoxyde de carbone, les plaies chroniques, les maladies ischémiques et les infections. Les applications cliniques de l'OHB dans le traitement des infections sont importantes et offrent des avantages inestimables aux patients.
Applications cliniques de l'oxygénothérapie hyperbare dans les infections
Les données actuelles soutiennent fortement l'utilisation de l'OHB, tant comme traitement autonome qu'en traitement d'appoint, et présentent des avantages significatifs pour les patients infectés. Pendant l'OHB, la pression artérielle en oxygène peut atteindre 2 000 mmHg, et le gradient élevé de pression oxygène-tissus qui en résulte peut élever le taux d'oxygène tissulaire à 500 mmHg. Ces effets sont particulièrement précieux pour favoriser la guérison des réactions inflammatoires et des perturbations microcirculatoires observées en milieu ischémique, ainsi que pour la prise en charge du syndrome des loges.
L'OHB peut également avoir un impact sur les affections dépendant du système immunitaire. Des recherches indiquent que l'OHB peut supprimer les syndromes auto-immuns et les réponses immunitaires induites par les antigènes, contribuant ainsi à maintenir la tolérance du greffon en réduisant la circulation des lymphocytes et des leucocytes tout en modulant les réponses immunitaires. De plus, l'OHBfavorise la guérisondans les lésions cutanées chroniques en stimulant l'angiogenèse, un processus essentiel à une meilleure guérison. Cette thérapie favorise également la formation de la matrice de collagène, une phase essentielle à la cicatrisation.
Une attention particulière doit être portée à certaines infections, notamment les infections profondes et difficiles à traiter, telles que la fasciite nécrosante, l'ostéomyélite, les infections chroniques des tissus mous et l'endocardite infectieuse. L'une des applications cliniques les plus courantes de l'OHB concerne les infections de la peau et des tissus mous et l'ostéomyélite associées à un faible taux d'oxygène, souvent causées par des bactéries anaérobies ou résistantes.
1. Infections du pied diabétique
pied diabétiqueLes ulcères sont une complication fréquente chez les patients diabétiques, touchant jusqu'à 25 % de cette population. Les infections surviennent fréquemment au niveau de ces ulcères (représentant 40 à 80 % des cas) et entraînent une augmentation de la morbidité et de la mortalité. Les infections du pied diabétique (IPD) sont généralement polymicrobiennes, impliquant divers agents pathogènes bactériens anaérobies. Différents facteurs, notamment les anomalies de la fonction des fibroblastes, les problèmes de formation du collagène, les mécanismes immunitaires cellulaires et la fonction phagocytaire, peuvent entraver la cicatrisation des plaies chez les patients diabétiques. Plusieurs études ont identifié une altération de l'oxygénation cutanée comme un facteur de risque important d'amputation liée aux IPD.
En tant qu’une des options actuelles pour le traitement des DFIIl a été démontré que l'OHB améliore significativement la cicatrisation des ulcères du pied diabétique, réduisant ainsi le recours aux amputations et aux interventions chirurgicales complexes. Non seulement elle minimise le recours à des interventions gourmandes en ressources, telles que les lambeaux et les greffes cutanées, mais elle présente également des coûts inférieurs et des effets secondaires minimes par rapport aux options chirurgicales. Une étude de Chen et al. a démontré que plus de 10 séances d'OHB entraînaient une amélioration de 78,3 % de la cicatrisation des plaies chez les patients diabétiques.
2. Infections nécrosantes des tissus mous
Les infections nécrosantes des tissus mous (INM) sont souvent polymicrobiennes, généralement dues à une combinaison de bactéries pathogènes aérobies et anaérobies, et sont souvent associées à une production de gaz. Bien que les INM soient relativement rares, elles présentent un taux de mortalité élevé en raison de leur progression rapide. Un diagnostic et un traitement rapides et appropriés sont essentiels pour obtenir des résultats favorables, et l'OHB a été recommandée comme traitement d'appoint pour la prise en charge des INM. Bien que l'utilisation de l'OHB dans les INM demeure controversée en raison du manque d'études prospectives contrôlées,les preuves suggèrent qu'il pourrait être corrélé à des taux de survie améliorés et à la préservation des organes chez les patients atteints de NSTIUne étude rétrospective a indiqué une réduction significative des taux de mortalité chez les patients atteints de NSTI recevant une HBOT.
1.3 Infections du site chirurgical
Les infections du site opératoire peuvent être classées selon le site anatomique de l'infection et peuvent être causées par divers agents pathogènes, notamment des bactéries aérobies et anaérobies. Malgré les progrès réalisés dans la lutte contre les infections, comme les techniques de stérilisation, l'utilisation d'antibiotiques prophylactiques et l'amélioration des pratiques chirurgicales, les infections du site opératoire demeurent une complication persistante.
Une revue importante a examiné l'efficacité de l'OHB dans la prévention des infections du site opératoire (ISO) profondes lors de la chirurgie de la scoliose neuromusculaire. L'OHB préopératoire pourrait réduire significativement l'incidence des ISO et faciliter la cicatrisation des plaies. Ce traitement non invasif crée un environnement où les taux d'oxygène dans les tissus de la plaie sont élevés, ce qui a été associé à une action oxydative contre les agents pathogènes. De plus, il corrige les baisses de taux sanguins et d'oxygène qui contribuent au développement des ISO. Outre d'autres stratégies de contrôle des infections, l'OHB est particulièrement recommandée pour les interventions chirurgicales propres-contaminées, telles que les interventions colorectales.
1.4 Brûlures
Les brûlures sont des blessures causées par une chaleur extrême, un courant électrique, des produits chimiques ou des radiations, et peuvent entraîner des taux de morbidité et de mortalité élevés. L'OHB est bénéfique dans le traitement des brûlures en augmentant le taux d'oxygène dans les tissus endommagés. Les études animales et cliniques présentent des résultats mitigés concernantl'efficacité de l'OHB dans le traitement des brûluresUne étude portant sur 125 patients brûlés a montré que l'OHB n'avait pas d'impact significatif sur les taux de mortalité ni sur le nombre d'interventions chirurgicales pratiquées, mais réduisait le temps moyen de cicatrisation (19,7 jours contre 43,8 jours). L'intégration de l'OHB à une prise en charge globale des brûlures pourrait permettre de contrôler efficacement le sepsis chez les patients brûlés, réduisant ainsi le temps de cicatrisation et les besoins en liquides. Cependant, des recherches prospectives plus approfondies sont nécessaires pour confirmer le rôle de l'OHB dans la prise en charge des brûlures étendues.
1.5 Ostéomyélite
L'ostéomyélite est une infection des os ou de la moelle osseuse, souvent causée par des agents pathogènes bactériens. Son traitement peut s'avérer complexe en raison de l'irrigation sanguine relativement faible des os et de la pénétration limitée des antibiotiques dans la moelle osseuse. L'ostéomyélite chronique se caractérise par la persistance d'agents pathogènes, une inflammation légère et la formation de tissu osseux nécrotique. L'ostéomyélite réfractaire désigne les infections osseuses chroniques qui persistent ou récidivent malgré un traitement approprié.
Il a été démontré que l'OHB améliore significativement le taux d'oxygène dans les tissus osseux infectés. De nombreuses séries de cas et études de cohorte indiquent que l'OHB améliore les résultats cliniques des patients atteints d'ostéomyélite. Elle semble agir par divers mécanismes, notamment en stimulant l'activité métabolique, en supprimant les agents pathogènes bactériens, en renforçant l'effet des antibiotiques, en minimisant l'inflammation et en favorisant la cicatrisation.processus. Après l'HBOT, 60 à 85 % des patients atteints d'ostéomyélite chronique réfractaire présentent des signes de suppression de l'infection.
1.6 Infections fongiques
À l'échelle mondiale, plus de trois millions de personnes souffrent d'infections fongiques chroniques ou invasives, entraînant plus de 600 000 décès chaque année. Les résultats du traitement des infections fongiques sont souvent compromis par des facteurs tels qu'un statut immunitaire altéré, des maladies sous-jacentes et la virulence des agents pathogènes. L'OHB devient une option thérapeutique intéressante dans les infections fongiques sévères en raison de sa sécurité et de son caractère non invasif. Des études indiquent que l'OHB pourrait être efficace contre des agents pathogènes fongiques tels qu'Aspergillus et Mycobacterium tuberculosis.
L'OHB favorise les effets antifongiques en inhibant la formation de biofilms d'Aspergillus, avec une efficacité accrue observée chez les souches dépourvues de gènes de superoxyde dismutase (SOD). Les conditions hypoxiques lors des infections fongiques compliquent l'administration des médicaments antifongiques, ce qui fait de l'augmentation des niveaux d'oxygène induite par l'OHB une intervention potentiellement bénéfique, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires.
Les propriétés antimicrobiennes de l'OHB
L'environnement hyperoxique créé par l'OHB induit des changements physiologiques et biochimiques qui stimulent les propriétés antibactériennes, ce qui en fait un traitement d'appoint efficace contre les infections. L'OHB démontre des effets remarquables contre les bactéries aérobies et principalement anaérobies grâce à des mécanismes tels qu'une activité bactéricide directe, une amélioration des réponses immunitaires et des effets synergétiques avec des agents antimicrobiens spécifiques.
2.1 Effets antibactériens directs de l'OHB
L’effet antibactérien direct de l’HBOT est largement attribué à la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui comprennent des anions superoxydes, du peroxyde d’hydrogène, des radicaux hydroxyles et des ions hydroxyles, qui apparaissent tous au cours du métabolisme cellulaire.
L'interaction entre l'O₂ et les composants cellulaires est essentielle pour comprendre la formation des ROS dans les cellules. Dans certaines conditions appelées stress oxydatif, l'équilibre entre la formation et la dégradation des ROS est perturbé, ce qui entraîne une augmentation des concentrations de ROS dans les cellules. La production de superoxyde (O₂⁻) est catalysée par la superoxyde dismutase, qui convertit ensuite l'O₂⁻ en peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). Cette conversion est amplifiée par la réaction de Fenton, qui oxyde le Fe²⁺ pour générer des radicaux hydroxyles (·OH) et du Fe³⁺, initiant ainsi une séquence redox néfaste de formation des ROS et de dommages cellulaires.
Les effets toxiques des ROS ciblent des composants cellulaires essentiels tels que l'ADN, l'ARN, les protéines et les lipides. L'ADN est notamment une cible privilégiée de la cytotoxicité médiée par H₂O₂, car il perturbe les structures désoxyriboses et endommage les compositions basiques. Les dommages physiques induits par les ROS s'étendent à la structure hélicoïdale de l'ADN, résultant potentiellement de la peroxydation lipidique déclenchée par les ROS. Cela souligne les conséquences néfastes de niveaux élevés de ROS dans les systèmes biologiques.
Action antimicrobienne des ROS
Les ROS jouent un rôle essentiel dans l'inhibition de la croissance microbienne, comme le démontre la génération de ROS induite par l'OHB. Leurs effets toxiques ciblent directement les constituants cellulaires comme l'ADN, les protéines et les lipides. De fortes concentrations d'espèces oxygénées actives peuvent endommager directement les lipides, entraînant une peroxydation lipidique. Ce processus compromet l'intégrité des membranes cellulaires et, par conséquent, la fonctionnalité des récepteurs et des protéines associés à la membrane.
De plus, les protéines, qui sont également des cibles moléculaires importantes des ROS, subissent des modifications oxydatives spécifiques au niveau de divers résidus d'acides aminés tels que la cystéine, la méthionine, la tyrosine, la phénylalanine et le tryptophane. Par exemple, il a été démontré que l'HBOT induit des modifications oxydatives dans plusieurs protéines d'E. coli, notamment le facteur d'élongation G et DnaK, affectant ainsi leurs fonctions cellulaires.
Renforcer l'immunité grâce à l'oxygénothérapie hyperbare
Les propriétés anti-inflammatoires de l'OHBont été documentés, s'avérant essentiels pour atténuer les lésions tissulaires et freiner la progression de l'infection. L'OHB a un impact significatif sur l'expression des cytokines et d'autres régulateurs de l'inflammation, influençant ainsi la réponse immunitaire. Divers systèmes expérimentaux ont observé des modifications différentielles de l'expression génétique et de la production de protéines après l'OHB, qui régulent à la hausse ou à la baisse les facteurs de croissance et les cytokines.
Au cours du processus d'oxygénothérapie hyperbare (OHB), l'augmentation des taux d'O₂ déclenche diverses réponses cellulaires, telles que la suppression de la libération de médiateurs pro-inflammatoires et la promotion de l'apoptose des lymphocytes et des neutrophiles. Collectivement, ces actions renforcent les mécanismes antimicrobiens du système immunitaire, facilitant ainsi la guérison des infections.
De plus, des études suggèrent qu'une augmentation des taux d'O₂ pendant l'OHB peut réduire l'expression de cytokines pro-inflammatoires, notamment l'interféron gamma (IFN-γ), l'interleukine-1 (IL-1) et l'interleukine-6 (IL-6). Ces changements incluent également une régulation négative du rapport lymphocytes T CD4:CD8 et la modulation d'autres récepteurs solubles, augmentant ainsi les taux d'interleukine-10 (IL-10), essentielle pour contrer l'inflammation et favoriser la cicatrisation.
Les activités antimicrobiennes de l'OHB sont étroitement liées à des mécanismes biologiques complexes. Il a été rapporté que le superoxyde et une pression artérielle élevée favorisent de manière inégale l'activité antibactérienne induite par l'OHB et l'apoptose des neutrophiles. Après l'OHB, une augmentation marquée des taux d'oxygène renforce le pouvoir bactéricide des neutrophiles, un composant essentiel de la réponse immunitaire. De plus, l'OHB inhibe l'adhésion des neutrophiles, médiée par l'interaction des β-intégrines des neutrophiles avec les molécules d'adhésion intercellulaire (ICAM) des cellules endothéliales. L'OHB inhibe l'activité de l'intégrine β-2 des neutrophiles (Mac-1, CD11b/CD18) par un processus médié par le monoxyde d'azote (NO), contribuant à la migration des neutrophiles vers le site de l'infection.
Le réarrangement précis du cytosquelette est nécessaire à la phagocyte efficace des pathogènes par les neutrophiles. Il a été démontré que la S-nitrosylation de l'actine stimule la polymérisation de l'actine, facilitant potentiellement l'activité phagocytaire des neutrophiles après un prétraitement par OHB. De plus, l'OHB favorise l'apoptose des lignées de lymphocytes T humains par les voies mitochondriales, une accélération de la mort des lymphocytes ayant été rapportée après l'OHB. Le blocage de la caspase-9, sans impact sur la caspase-8, a démontré les effets immunomodulateurs de l'OHB.
Les effets synergiques de l'OHB avec les agents antimicrobiens
En clinique, l'OHB est fréquemment utilisée en association avec les antibiotiques pour lutter efficacement contre les infections. L'état hyperoxique atteint pendant l'OHB peut influencer l'efficacité de certains antibiotiques. Des recherches suggèrent que certains médicaments bactéricides, tels que les β-lactamines, les fluoroquinolones et les aminosides, agissent non seulement par des mécanismes inhérents, mais dépendent aussi en partie du métabolisme aérobie des bactéries. Par conséquent, la présence d'oxygène et les caractéristiques métaboliques des agents pathogènes sont essentielles pour évaluer les effets thérapeutiques des antibiotiques.
Des données probantes significatives ont montré qu'un faible taux d'oxygène peut accroître la résistance de Pseudomonas aeruginosa à la pipéracilline/tazobactam et qu'un environnement pauvre en oxygène contribue également à la résistance accrue d'Enterobacter cloacae à l'azithromycine. À l'inverse, certaines conditions hypoxiques peuvent accroître la sensibilité bactérienne aux tétracyclines. L'OHB constitue une méthode thérapeutique d'appoint viable en induisant le métabolisme aérobie et en réoxygénant les tissus infectés hypoxiques, augmentant ainsi la sensibilité des agents pathogènes aux antibiotiques.
Lors d'études précliniques, l'association de l'OHB, administrée deux fois par jour pendant 8 heures à 280 kPa, et de la tobramycine (20 mg/kg/jour), a significativement réduit la charge bactérienne dans l'endocardite infectieuse à Staphylococcus aureus. Ceci démontre le potentiel de l'OHB comme traitement d'appoint. D'autres études ont révélé qu'à 37 °C et sous une pression de 3 ATA pendant 5 heures, l'OHB a considérablement renforcé les effets de l'imipénème contre Pseudomonas aeruginosa infecté par des macrophages. De plus, l'OHB combinée à la céphazoline s'est avérée plus efficace dans le traitement de l'ostéomyélite à Staphylococcus aureus dans des modèles animaux que la céphazoline seule.
L'OHB augmente également significativement l'action bactéricide de la ciprofloxacine contre les biofilms de Pseudomonas aeruginosa, notamment après 90 minutes d'exposition. Cette amélioration est attribuée à la formation d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) endogènes et présente une sensibilité accrue chez les mutants déficients en peroxydase.
Dans des modèles de pleurésie causée par Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM), l'association de la vancomycine, de la teicoplanine et du linézolide à l'OHB a montré une efficacité significativement accrue contre le SARM. Le métronidazole, un antibiotique largement utilisé dans le traitement des infections anaérobies et polymicrobiennes sévères, telles que les infections du pied diabétique (IPD) et les infections du site opératoire (ISO), a montré une efficacité antimicrobienne supérieure en conditions anaérobies. Des études ultérieures sont nécessaires pour explorer les effets antibactériens synergiques de l'OHB associée au métronidazole, in vivo et in vitro.
L'efficacité antimicrobienne de l'OHB sur les bactéries résistantes
Avec l'évolution et la propagation des souches résistantes, les antibiotiques traditionnels perdent souvent de leur efficacité au fil du temps. De plus, l'OHB pourrait s'avérer essentielle dans le traitement et la prévention des infections causées par des agents pathogènes multirésistants, constituant une stratégie cruciale en cas d'échec des traitements antibiotiques. De nombreuses études ont rapporté les effets bactéricides significatifs de l'OHB sur les bactéries résistantes cliniquement pertinentes. Par exemple, une séance d'OHB de 90 minutes à 2 ATM a considérablement réduit la croissance du SARM. De plus, dans des modèles de ratio, l'OHB a renforcé les effets antibactériens de divers antibiotiques contre les infections à SARM. Des rapports ont confirmé l'efficacité de l'OHB dans le traitement de l'ostéomyélite causée par Klebsiella pneumoniae productrice d'OXA-48 sans nécessiter d'antibiotiques d'appoint.
En résumé, l'oxygénothérapie hyperbare représente une approche multidimensionnelle du contrôle des infections, renforçant la réponse immunitaire tout en amplifiant l'efficacité des agents antimicrobiens existants. Grâce à des recherches et développements approfondis, elle offre le potentiel d'atténuer les effets de la résistance aux antibiotiques, offrant ainsi un espoir dans la lutte contre les infections bactériennes.
Date de publication : 28 février 2025