UE4 – L’appareil respiratoire

Pr. Paganin

Podcast n°2

Promo : 2012 – 2013

Ronéïste   : Bénédicte FONTAINE

Explorations fonctionnelles respiratoires (EFR)

I. Procédures de maintenance

II. Valeurs théoriques 1. Définition 2. Facteurs de variation

III. Spirométrie et courbes débit/volume 1. Recommandations 2. Atelier EFR 3. Test de provocation

IV. Quelques définitions

V. Exemples

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Ce cours est volontairement réduit par Pr. Paganin qui nous conseille de lire le document papier que l’on pourra trouver sur le BV. .

Nous allons voir dans ce cours, les bases afin de comprendre les explorations fonctionnelles respiratoire en pneumologie.

I. Procédures de maintenance   : Pour tous les appareils, les normes actuelles de maintenance concernant la stérilisation et la décontamination sont en croissante augmentation. Lors de notre futur passage dans le service, nous ne verrons certainement pas tout ce qui doit être fait en amont et en aval des explorations fonctionnelles respiratoires mais il faut quand même prendre conscience de l’importance de la qualité, de la standardisation, du calibrage des machines et de la décontamination de ces dernières afin d’avoir des résultats d’examens fiables et surtout qui ne mettent pas en jeu la santé des patients par d’éventuelles contaminations.

Ainsi, tous les équipements stérilisables et/ou décontaminables doivent être préalablement nettoyés pour enlever les sécrétions provenant des voies aériennes. Toutes les parties en contact avec le patient (contact direct, mucus) doivent être désinfectées (haut niveau) si la stérilisation est impossible. Les circuits réutilisables doivent être nettoyés (fréquence exacte non définies). Les mécanismes internes ne nécessitent pas de procédure. Tous les systèmes de nébulisation (administration de β2=bronchodilatateur) doivent être à usage unique.

La standardisation des procédures   : contrôle de qualité

La standardisation des procédures est définie au niveau européen. Il est nécessaire de posséder un matériel de qualité avec un niveau d’équipement dépendant de ce que l’on doit faire (un médecin généraliste peut avoir un spiromètre mais son appareil sera très différent des équipements utilisés en laboratoire d’exploration dans un service hospitalier). Les procédures doivent être validées et avoir subi un contrôle qualité.

De plus, avant d’envoyer un patient faire une exploration fonctionnelle respiratoire, il faut s’assurer que l’exploration soit possible et que le patient soit motivé et coopérant (il n’est pas rare de recevoir des patients ayant perdus la quasi-totalité de leurs fonction cognitives et sur lesquelles l’exploration fonctionnelle respiratoire ne peut être réalisée).

On utilise également des critères de mesure. Il est notamment important de comparer ces mesures avec des valeurs de référence pour pouvoir les interpréter d’un point de vue médical.

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II. Valeurs théoriques   :

1. Définition   :

Ces définitions de valeurs théoriques sont extrêmement importantes. En effet, certaines valeurs seuils ont été corrélées avec des situations cliniques pour pouvoir apprécier la gravité et le pronostic de certaines pathologies respiratoire.

D’autres valeurs définissent la stratégie thérapeutique :

Pour l’asthme sévère nécessitant des thérapeutiques exceptions, les stratégies se basent sur la spirométrie (GINA < 60%).

Toutes les recommandations de la prise en charge des BPCO se basent sur les critères dits «GOLD» qui reposent sur l’analyse de la fonction respiratoire (> 80% et < 30%).

On peut avoir des indices pronostics, par exemple avec des éléments spirométriques qui sont étroitement liés à une mauvaise survie (9%) à 5ans (sclérodermie : DLCO < 40%).

Cependant le patient reste son propre témoin, c’est-à-dire que les meilleures valeurs sont des valeurs évolutives avec notamment des cinétiques de diminution de fonction respiratoire qui sont de mauvais pronostic par rapport à un patient stable dans le temps. De plus, il existe de nombreuses variations interindividuelles (ne posent pas réellement de problèmes dans l’interprétation au quotidien).

2. Facteurs de variation   :

Les valeurs dites théoriques dépendent :

De la taille, de l’âge, du poids et du sexe. De la «race», avec des variations de 12 à 23% lorsque l’on change cette variable. En

effet, les valeurs sont inférieures de 15% chez les noirs. La longueur des jambes et de la cage thoracique (chez les orientaux, le volume est plus petit mais le thorax est plus large) peuvent influencer les valeurs. Cependant, l’utilisation de facteurs de correction arbitraire serait inadéquate.

Des modifications ethniques en fonction du mode de vie comme les orientaux occidentalisés aux USA pour qui les valeurs tendent à se rapprocher des caucasiens.

De l’altitude : elle joue surtout pour les gaz du sang et les volumes pulmonaires (qui augmentent) puisqu’en altitude il y a une diminution de la densité de l’air. Tous les matins, il y aura une calibration machine en fonction de la pression barométrique donnée par un baromètre dit de «Torricelli» (baromètre à mercure le plus précis qui est différent des baromètres électroniques).

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/!\ Il existe un facteur de correction de moins 15% admis pour les noirs et les orientaux et qui serait envisageable pour les réunionnais. Ce facteur est intégrable dans les machines pour réattribuer les valeurs théoriques sur lesquelles on va calculer le pourcentage des valeurs observées.

III. Spirométrie et courbes débit/volume   : Il s’agit de 2 grands types de mesures en exploration fonctionnelle respiratoire.

La spirométrie dite complète ou pléthysmographie qui se pratique dans une cabine de pléthysmographie où on va analyser les volumes pulmonaires totaux et les volumes dits «non mobilisables» (air qui reste dans les alvéoles pulmonaires et qui n’est pas mobilisable par la ventilation et les efforts de ventilation). On l’utilise pour la BPCO, l’emphysème (+ Dlco) et pour les patients restrictifs et les syndromes interstitiels.

La spirométrie simple ou boucle débit/volume qui mesure juste les débits bronchiques. Elle est très utile lors d’obstruction sans atteinte annexe et dans des pathologies comme l’asthme.

1. Recommandations   :

Il existe des recommandations concernant les éléments phares de l’exploration fonctionnelle respiratoire.

La capacité vitale forcée (CVF) : correspond au volume maximal d’air expiré avec la force maximale après une inspiration forcée. Il est important qu’il ait cette inspiration forcée réelle préalable. Pour la mesurer, il faut un spiromètre capable de mesurer au moins 7litres.

Le volume expiratoire maximale par seconde (VEMS = important) : est le volume (ou débit) d’air exhalé pendant la 1° seconde de l’expiration forcée et donc de la CVF.

Le débit médian expiratoire (DME FEF₂₅₋₇₅) : est la valeur du débit instantané au moment de la moitié de la CVF (il est ici très important de réaliser une expiration forcée complète).

Critères de fin de test : se caractérise par un plateau dans la courbe débit/volume d’au moins 2secondes avec un temps expiratoire d’au moins 6secondes chez le sujet qui possède des valeurs fonctionnelles respiratoires normales. Chez les patients obstructifs (où l’air à du mal à sortir), si on s’arrête à 6secondes on sera globalement à la moitié (voire un peu plus) de la CVF et donc toutes ces valeurs en dehors du VEMS (vues plus haut) seront faussées ; on admet donc si ce type de patient à souffler pendant plus de 15secondes sans s’arrêter, il n’y aura plus de modifications significatives des valeurs de la CVF et du DME.

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Critères de qualité : départ de la mesure du VEMS au pic maximal de l’effort expiratoire (mesure extrapolée).

2. Atelier EFR   :

Voici un spiromètre qui ne mesure que des débits bronchiques. Les nouveaux sont en général couplés avec un petit ordinateur :

Ci-dessous, il s’agit d’une cabine de pléthysmographie où les patients soufflent en position assise ce qui permet de mesurer les débits bronchiques et les volumes statiques totaux :

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Les tests d’effort, eux, se déroule sur tapis roulant :

a) Capacités et volumes respiratoires   :

Le patient est relié à une machine qui enregistre ces débits :

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Ainsi, un certain nombre de valeur pourront être définis d’après les courbes :

On a :

VT : le volume courant, il s’agit du volume que le patient respire à l’état de base. VRI : le volume de réserve inspiratoire, il s’agit du volume qui se trouve au dessus

du VT lorsque le patient prend une grande inspiration. VRE : le volume de réserve expiratoire correspond au volume qui se trouve au

dessous du VT lors d’une grande expiration. CV : la capacité vitale est en fait la somme du VRI, du VT et du VRE. VR : le volume résiduel correspond à l’air qui reste en permanence dans le poumon

pour éviter que les alvéoles se collabent. CPT : la capacité pulmonaire totale représente l’ensemble de ces valeurs vues juste

ci-dessus (= CV + VR). CRF : la capacité résiduelle fonctionnelle est l’ensemble des volumes expiratoire. CI : la capacité inspiratoire est l’ensemble des volumes dits inspiratoire.

Toutes ces valeurs correspondent à des volumes qui ne sont pas influencés par la vitesse à laquelle on demande au patient de respirer. Ces valeurs sont obtenues avec une pléthysmographie, c’est-à-dire une analyse des volumes indépendants du temps.

NB : Un débit par définition est un volume enregistré par unité de temps. C’est typiquement le VEMS (volume expiratoire maximal pendant 1seconde) qui est le volume d’air que le patient va pouvoir expirer le plus vite possible et qui est enregistré au cours de la 1° seconde de la capacité vitale forcée.

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b) Mesures des volumes pulmonaires   :

De manière technique, pour mesurer les volumes pulmonaires on peut utiliser une technique dite de diffusion. On a ici, par exemple, la capacité résiduelle fonctionnelle et de l’autre côté, un mélange gazeux qui contient de l’hélium (en quantité connue). On va donc faire lentement respirer le malade jusqu'à obtenir une égalisation du volume air-hélium de chaque côté (existence d’ «espaces morts» considérés comme connus du côté du mélange gazeux et comme estimés de l’autre côté puisqu’il s’agit de structures anatomiques dont la taille ne varie pas de manière significative). On aura donc la possibilité de mesurer ces volumes pulmonaires par une équation :

Cette équation n’est pas à connaître, il s’agit juste d’un exemple permettent de comprendre comment on peut arriver à déterminer des volumes par des mesures itératives de gaz.

c) Courbes de débit/volume   :

Voici une courbe de débit/volume tout à fait normal : on voit le débit en fonction du volume. Ici, le patient a globalement souffler 5litres ce qui est biologiquement normal. On a donc une courbe harmonieuse.

Dans ce cas, les 5 litres correspondent à la capacité vitale forcée. De même, le point le plus haut de la courbe correspond au «pic flow» ou le débit expiratoire de pointe (DEP obtenable avec de tous petits appareils) qui est utile en urgence notamment lorsqu’un patient souffre d’asthme aigue grave. On a également le débit expiratoire à 75% de la CVF (DEM₇₅), à 50% (DEM₅ₒ) puis à 25% (DEM₂₅).

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L’aspect de la courbe est extrêmement important.

Courbe normale et harmonieuse :

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Courbe dans le cas d’une obstruction qui siège essentiellement sur la partie basse de la courbe qui correspond à une obstruction des petites voies aériennes (PVA) comme on peut le voir chez un asthme débutant de l’enfant ou plus souvent chez des patients fumeurs qui commencent à avoir ce genre obstruction :

Courbe avec une diminution franche de l’ensemble des débits bronchiques qui correspond à un trouble ventilatoire obstructif (TVO) sévère :

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d) Test de bronchodilatation   :

Il s’agit d’un élément fondamental dans la réalisation d’explorations fonctionnelles respiratoires. Le patient va réaliser une exploration fonctionnelle respiratoire avec notamment une étude des débits bronchiques puis on va lui administrer un agent bronchodilatateur, en général de courte durée d’action comme de la ventoline ou du bricanyl dont les effets sont connus pour éventuellement augmenter les débits bronchiques par une diminution du tonus contractile du muscle bronchique.

En pointillés, on voit la courbe théorique d’un patient donné en fonction de son poids, de son âge, de sa taille, du sexe et éventuellement de sa «race».

En orange, il s’agit d’une mesure dite de pré-bronchodilatation. La courbe est très en dessous de la courbe théorique.

En bleu, la mesure est post-bronchodilatation. On voit alors chez le même patient une amélioration importante des débits bronchiques.

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Ces tests de bronchodilatation sont assez fondamentaux. On voit, ci-dessous, un test à l’état de base (courbe orange) puis un nouveau test après prise d’un bronchodilatateur de courte durée d’action qui améliore de manière vraiment très importante l’ensemble des débits bronchiques et notamment la CVF et le VEMS :

e) Résistances des voies aériennes   :

Une autre manière de mesurer la circulation de l’air dans les voies aériennes est de mesurer la résistance.

On peut imaginer que si au niveau de la trachée il y a une compression l’air va non seulement avoir un peu de mal à entrer mais surtout avoir beaucoup de difficultés à ressortir surtout si on demande au patient de faire sortir l’air le plus vite possible (ce qui est la base de la spirométrie).

Donc, en fonction de l’endroit où va se situer l’obstruction, on a des méthodes de mesures qui sont assez différentes :

De la bouche jusqu’aux alvéoles, on utilise globalement des appareils de pléthysmographies classiques.

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Des alvéoles jusqu’au tissu pulmonaire, ce sont des mesures réalisées en recherche et non faites en routine. On va mettre un ballonnet œsophagien pour calculer les différences entre les mesures faites à la bouche et celles prises au niveau du ballonnet.

Du tissu pulmonaire à la paroi thoracique, on a les méthodes d’oscillations forcées qui sont du domaine de la physique.

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f) Relation entre calibre bronchique et surface de section   :

Le poumon a une surface extrêmement importante de plusieurs dizaines voire centaines de m² alors que la surface de la trachée et des bronches est beaucoup plus faible.

3. Test de provocation   :

Le dernier élément à comprendre, de manière théorique, dans l’exploration fonctionnelle respiratoire est le test de provocation. Globalement, c’est l’inverse du test de bronchodilatation.

Si un patient a une exploration fonctionnelle normale (EFR) mais qu’il présente des symptômes (de façon régulière) pouvant faire penser à de l’asthme ou à une atteinte bronchique ou parenchymateuse que ne mettent pas en évidence plusieurs EFR classique, on peut essayer de reproduire éventuellement au laboratoire la situation décrite par le patient lors des symptômes.

On va donc essayer d’apprécier et de quantifier une hyper réactivité bronchique (HRB). Ces tests sont très utiles dans la reconnaissance de l’asthme à caractère professionnel où l’on peut même être amené à faire inhaler un produit que l’on suspecte d’être asthmogène comme de la peinture ou des solvants et voir s’il existe une diminution des débits bronchiques.

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-Le test de provocation pharmacologique teste la phase précoce.

Les paramètres qui vont permettre de définir la positivité de ce test sont :

La diminution du VEMS (gold standard avec la recherche de la PD₂ₒ). Le DEM₂₅₋₇₅ = le débit médian baisse de plus de 25% mais est un élément dont la

reproductibilité est difficile, il doit donc être un élément d’orientation. Les résistances et les conductances spécifiques (SGaw) baissent de plus de 40%.

Cependant, il existe depuis quelques années des débats concernant l’intérêt de ce paramètre.

Les résultats sont exprimés sous forme de courbes doses/réponses.

Chez un sujet qui a inhalé une dose cumulative de produits broncho-constricteurs comme ici la méthacholine (ou carbacole), s’il n’a pas de modifications de sa courbe de fonction respiratoire (courbe en pointillés verts), ce sujet sera considéré comme normal alors que chez un sujet présentant une hyper réactivité, la courbe va s’infléchir. Si le VEMS perd 20% sa valeur (PD₂ₒ), on considère que le test est positif et qu’il existe donc une hyper réactivité bronchique.

-Il existe d’autres tests de provocation.

Certains de ces tests sont extrêmement dangereux et ont donc été abandonnés comme les tests de provocation médicamenteux à l’aspirine.

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Le challenge antigénique qui consiste à faire inhaler un antigène. On met, par exemple, un sujet asthmatique dans une pièce où vivent des chats afin de faire un test de provocation allergénique aux phanères de chats.

Le test d’hyperventilation en air froid (air refroidi sur tube de fréon) et sec avec mesure du CO₂ constant et détermination de la PD₂ₒ. Le sujet inhale 25 à 45 L/min et les mesures se font après 3 à 5 min de repos.

Le test à l’effort.

Le test osmotique (nébulisation de H₂O ou de sérum salé hypertonique).

-Le test d’effort   (théoriquement remplacé par le test d’hyperventilation):

Il est réalisé sur bicyclette ou sur tapis roulant. Le début est lent mais l’objectif maximal doit être atteint en 2 à 3 min. le patient ne tient pas la rambarde mais peut s’équilibrer avec 1doigt. L’ECG ne doit pas dépasser 80% de la fréquence cardiaque maximale théorique (220 - âge) et ce pendant 10min. le travail doit être de 2 (± 0,2) W/Kg. La spirométrie est réalisée 7 à 15min après l’arrêt.

-Performances   :

La diapositive ci-dessous est simplement théorique. Elle permet d’avoir une idée en fonction des outils utilisés (agents pharmacologiques calibrés comme la méthacholine et l’histamine, un antigène qui par définition n’est pas calibré ou l’exercice) de la relevance clinique, de la sensibilité, de la spécificité, de la reproductibilité, des effets secondaires et du coût. On choisit donc en fonction de ce que l’on cherche l’un ou l’autre de ces systèmes afin d’obtenir le maximum d’informations devant une situation clinique donnée.

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-Utilité clinique du test de provocation   :

Ces tests servent à évaluer les symptômes douteux comme dans le cadre de l’asthme (standard ou professionnel) ou une autre hyper réactivité bronchique non spécifique, à diagnostiquer le syndrome de dysfonctionnement des voies aériennes et les faux asthmes (qui inclus la dyskinésie des cordes vocales).

IV. Quelques définitions   : (à savoir)

Ces définitions sont la base de la compréhension et de l’interprétation de l’exploration fonctionnelle respiratoire.

Le trouble ventilatoire obstructif   :

Ce trouble se caractérise par le rapport VEMS/CVF (rapport de Tiffeneau) inférieur à 70% et VEMS/CV aussi inférieur à 70%. Il s’agit de rapports de 2 variables mesurées et non pas par rapport à une quelconque valeur prédite. Dans ce cas, l’aspect de la courbe a une grande importance.

Il existe de nombreux cas où la situation évoque une obstruction et la valeur du rapport de Tiffeneau est prise en défaut.

Le rapport de Tiffeneau est actuellement remis en question par certaines sociétés savantes (SPLF, ERS et ATS).

Le trouble ventilatoire de type restrictif   :

Il se définit par une diminution de la capacité pulmonaire totale qui sera inférieure à 80% de la théorique alors que le rapport de Tiffeneau (VEMS/CVF) reste normal ou peut être supérieure à 70%. En pratique, cela signifie qu’il y a une diminution des volumes pulmonaires alors que les débits, eux, restent normaux (en relation avec la diminution de la capacité pulmonaire totale).

La distension pulmonaire   :

C’est l’inverse du trouble ventilatoire restrictif. La capacité pulmonaire totale est augmenté (> 120%), souvent au dépend des volumes non mobilisables de réserve expiratoire avec VR/CPT > 30%.

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Trouble ventilatoire mixte   :

Ce genre de trouble combine des troubles ventilatoires obstructifs et restrictifs avec VEMS/CVF < 70% et la CPT < 80%.

Réversibilité par les bronchodilatateurs (β2) de courte durée d’action   :

Le patient inhale un bronchodilatateur après avoir fait une spiromètrie. Après un délai d’attente de 10 à 20min, on réalise une nouvelle spirométrie. On doit observer une amélioration de 12% du VEMS mais qui doit correspondre à une amélioration en valeur absolue de plus de 200mL. Il n’y a pas de définition de réversibilité sur la DME et les autres paramètres.

Cette définition est fondamentale. Le prof nous engage à la connaître plus que par cœur.

V. Exemples   : 18

Les barres sur le graphique du bas représentent les valeurs théoriques du patient. La courbe rouge correspond à la mesure à l’état de base. Ainsi, la valeur théorique de la capacité vitale forcée est de 3,74 L alors que la valeur obtenue à l’état de base est de 1,74 L (= 46% de la valeur attendue). De même, le VEMS est à 31% de la valeur souhaitée avec une capacité pulmonaire totale normale (100%) mais on a une augmentation importante du volume résiduel et de la capacité résiduelle fonctionnelle (157% de la théorique).Entre la courbe rouge et la courbe bleue, il y a très peu de différence entre les 2 courbes. On a quand même une réversibilité de 17% qui semble significative (car plus de 12%) mais si on regarde en valeur absolue : 1,190L – 1,020L = 170mL ce qui est inférieur à 200mL différence NON significative.

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On voit ci-dessous, que les 2 valeurs pré et post sont très loin des valeurs fonctionnelles. Il s’agit la d’un trouble ventilatoire de type obstructif puisque le coefficient de Tiffeneau est à 74% alors que théoriquement il devrait être inférieur à 70% mais il s’agit ici de l’exemple type où le malade souffre de troublesventilatoire qui sont l’obstructif et où ce coefficient peut être pris en défaut (on verra pourquoi en TD). En effet, ici on a une obstruction majeure avec des valeurs à 41% de celles attendues. Le VEMS est de 1,360L en pré mais on note tout de même une amélioration significative après prise de ventoline car le VEMS va augmenter de 22% (on est largement au dessus des 12%) avec une augmentation en valeur absolue de 300mL la différence est SIGNIFICATIVE.

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Ci-dessous, la situation est bien différente : à l’état de base le patient est en dessous des valeurs théoriques et souffre d’un trouble ventilatoire obstructif même si une fois de plus le rapport de Tiffeneau (73%) est supérieur à 70%. On voit aussi que le VEMS en pré est de 3,290L (soit à 76% des valeurs attendues) et que ce dernier s’améliore de 21%, après prise de bronchodilatateur, qui correspond à une amélioration de 700mL en valeur absolue on a donc une quasi normalisation de la fonction respiratoire.La situation est différente des cas précédents où on avait une amélioration significative de l’obstruction bronchique mais sans normalisation alors qu’ici on a un trouble ventilatoire obstructif modéré qui se normalise après prise de bronchodilatateur.

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Ici, on a une obstruction modérée mais qui est tout de même non négligeable avec un VEMS qui est à 66% des valeurs souhaitées, une réversibilité très significative mais sans normalisation. Ce patient souffre donc d’un asthme de sévérité moyenne avec un traitement particulier.

Pour conclure, l’exploration fonctionnelle respiratoire est l’élément et l’outil de base du pneumologue. Les données obtenues sont fondamentales pour les explorations et la compréhension des maladies respiratoires. Une exploration fonctionnelle respiratoire, utilisée seule, ne peut en aucun cas poser un diagnostic ; elle sert d’examen de référence au sein d’un faisceau d’arguments cliniques obtenu par l’interrogatoire, l’imagerie et autres (endoscopie, prélèvements).

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