La cryoconservation ne permet pas de préserver instantanément les tissus après l'arrêt du cœur. Dès que le cœur s'arrête, une course contre la montre commence.
Tant que la température n'est pas suffisamment basse, des réactions chimiques continuent d'endommager les cellules. Ces réactions se poursuivent sans interruption. Tout le reste de la procédure découle de ce seul fait.
Ce qui se passe dans les premières minutes
Le cerveau consomme beaucoup d'énergie. Il représente environ 2 % du poids du corps mais consomme près de 20 % de l'oxygène.
Une grande partie de l'énergie consommée par le cerveau sert à assurer le fonctionnement de ses cellules. Elle alimente notamment les pompes qui transportent les ions à travers les membranes, contre leur gradient électrochimique.
Dès que la circulation s'arrête, le cerveau n'est plus approvisionné en oxygène et en glucose. Les neurones manquent d'oxygène et cessent de fonctionner presque immédiatement.
Les réserves énergétiques des cellules s'épuisent en quelques minutes. Les pompes ioniques cessent de fonctionner, les gradients électrochimiques se dissipent et des neurotransmetteurs sont libérés en excès dans l'espace extracellulaire.
Privées d'oxygène, les cellules recourent à des voies métaboliques qui contribuent à l'acidification des tissus. Le calcium s'infiltre là où il ne devrait pas se trouver. Des enzymes capables de dégrader les constituants cellulaires sont libérées des compartiments où elles sont normalement confinées.
En quelques dizaines de minutes ou plusieurs heures, selon la température, la structure des tissus se désorganise progressivement.
Cette cascade de lésions résulte de : l'ischémie, c'est-à-dire de l'interruption ou de la diminution de l'apport sanguin. Dès la première heure, ces lésions peuvent altérer les structures cérébrales décrites dans l'article « Mémoire, identité et cerveau ».
Il faut bien comprendre ce qui est en jeu. L'objectif est de limiter les lésions qui surviennent après l'arrêt circulatoire. Les mécanismes en cause sont connus, et leurs effets peuvent être mesurés.
Ralentir la dégradation par le froid
De nombreuses réactions chimiques sont environ deux fois plus rapides lorsque la température augmente de 10 °C, et deux fois plus lentes lorsqu'elle diminue de 10 °C.
L'effet de ces ralentissements successifs se cumule à mesure que la température baisse. À la température corporelle, des lésions importantes peuvent apparaître en quelques minutes.
À la température d'un réfrigérateur, il reste des heures. À celle de la glace carbonique, des jours. Aux −196 °C de l'azote liquide, pratiquement des millénaires.
Tout protocole s'organise donc autour d'un objectif : refroidir le cerveau aussi vite que les circonstances le permettent. Le froid est le frein qui ralentit toute la cascade.
Le refroidissement ne peut pas être brutal. Le refroidissement peut lui-même provoquer des lésions, notamment si de la glace se forme dans les tissus. Sa vitesse doit donc être adaptée au protocole.
Le froid présente un autre intérêt. Les agents cryoprotecteurs sont toxiques aux concentrations qu'exige la vitrification.
La baisse de température ralentit aussi les réactions responsables de leur toxicité. C'est pourquoi la perfusion s'effectue à une température proche de 0 °C.
Les tissus tolèrent alors mieux ces agents, mais le froid ralentit aussi leur diffusion : il faut donc concilier rapidité d'imprégnation et limitation de la toxicité.
Il faut que le cryoprotecteur pénètre dans les tissus avant qu'ils ne soient trop dégradés, tout en limitant les lésions dues à sa toxicité. Aucun des deux objectifs ne peut être pleinement atteint.
De la prise en charge du patient au refroidissement à des températures cryogéniques, chaque étape impose de tels compromis, dans des délais très courts.
Des structures altérées ou définitivement détruites
Toutes les lésions n'ont pas les mêmes conséquences sur la conservation des structures cérébrales, et c'est l'idée la plus importante de cet article.
On peut distinguer deux types de lésions selon qu'elles préservent ou détruisent l'information portée par les structures cérébrales. Certaines lésions rendent la structure difficile à reconnaître ; d'autres la détruisent.
Un neurone peut être gravement endommagé et ne plus fonctionner. Si ses connexions restent identifiables, l'information qu'il portait subsiste en principe.
Si la cellule est détruite au point qu'il devient impossible de reconstituer ses connexions, l'information correspondante est perdue. Aucune technologie future ne pourrait reconstituer une information définitivement détruite.
L'objectif n'est donc pas d'éviter toute lésion. Il s'agit de freiner la dégradation avant que les structures porteuses d'information ne soient définitivement détruites.
Selon les partisans de la cryonie, cette distinction justifie de tenter une conservation même imparfaite : la qualité de la préservation s'évalue par degrés, et non par un simple constat de réussite ou d'échec.
La perte irréversible de cette information est appelée « mort informationnelle ». Ce terme désigne le stade auquel les informations nécessaires à la préservation de l'identité d'une personne seraient définitivement perdues, en principe.
Ce stade se situe bien plus tard que la mort clinique, qui correspond simplement au moment où le cœur ne redémarre plus de lui-même.
La cryonie repose sur l'hypothèse que l'écart entre ces deux stades est réel, et qu'un corps placé au froid se trouve à l'intérieur de cet écart plutôt qu'au-delà.
Cette hypothèse fixe aussi la norme de mesure. Des travaux cherchent à quantifier directement l'exposition, notamment à l'aide de l'indicateur S-MIX.
Pour améliorer les protocoles, il faut pouvoir en évaluer les résultats. Une mesure des effets de l'ischémie renseigne mieux sur la qualité de la conservation qu'une simple affirmation selon laquelle la procédure s'est bien déroulée.
Les contraintes juridiques et logistiques
Aux contraintes biologiques s'ajoutent des contraintes juridiques et logistiques.
La première tient à l'obligation d'attendre le constat légal du décès. Sur le plan biologique, intervenir avant le décès limiterait certaines lésions, mais une procédure entraînant la mort de la personne serait un homicide.
Il faut donc attendre le constat du décès, au risque de compromettre la qualité de conservation des tissus. Cette contrainte est permanente et légitime, et elle fait l'objet d'un article à part.
La seconde est le problème de l'autopsie. Certains décès imposent légalement une autopsie préalable, ce qui retarde la préservation et endommage directement le cerveau.
Ces cas, ainsi que les autres situations où la préservation ne peut pas avoir lieu, sont détaillés dans l'article sur les cas où la cryoconservation n'est pas possible.
La troisième est la géographie. Aucune somme d'argent ne permet à une équipe d'être instantanément partout, si bien que le lieu du décès conditionne la qualité de la préservation.
Lorsqu'un décès est prévisible dans le cadre de soins palliatifs, l'équipe d'astreinte peut se tenir prête à intervenir dès le constat du décès. Si l'arrêt cardiaque survient loin d'une équipe disponible, l'intervention peut être retardée de plusieurs heures.
L'organisation peut réduire certains délais grâce à la répartition des équipes, à la formation des soignants et à la logistique de transport qui détermine la rapidité avec laquelle le patient atteint le centre de cryoconservation.
Rien de tout cela ne relève d'un défaut de la science. C'est une friction entre l'urgence biologique et le monde physique, et c'est en partie pourquoi la qualité de la conservation varie d'un patient à l'autre.
Pourquoi tenter une cryoconservation malgré ces contraintes ? Parce que l'alternative garantit le pire résultat, alors que la tentative ne le garantit pas.
Une conservation réalisée dans de mauvaises conditions conserve encore plus d'informations que l'inhumation ou la crémation, qui n'en conservent aucune. C'est l'arithmétique d'une petite chance contre zéro, appliquée à la première heure plutôt qu'à un avenir lointain.
En résumé : les dommages cellulaires commencent rapidement après l'arrêt de la circulation. Une intervention rapide de l'équipe d'astreinte, le refroidissement et la stabilisation réduisent ces dommages, mais tout délai peut abaisser durablement la qualité de la préservation.
Pour aller plus loin