Explorations fonctionnelles respiratoires A - Exploration des petites voies aériennes

Résumé

A - Exploration des petites voies aériennes (BPCO débutantes)

Les modifications anatomopatologiques à l’origine de la limitation des débits expiratoires chez les fumeurs semblent être localisées principalement au niveau des petites voies aériennes.

Au stade de début de la maladie, les débits expiratoires maximaux ne sont pas ou peu réduits, alors qu’existent déjà des anomalies notables des voies aériennes périphériques.

Plusieurs tests sensibles permettent néanmoins de les mettre en évidence.

1- Augmentation du volume de fermeture :

Pour la mesure du volume de fermeture, on enregistre la concentration de gaz radioactif expiré pendant une expiration lente à partir de la capacité pulmonaire totale (CPT), après une injection d’une bouffée de xénon 133 en début d’inspiration.

Le volume de fermeture est alors déterminé par le volume pulmonaire au-dessus du volume résiduel à partir duquel apparaît une inflexion brusque de la concentration de gaz radioactif expiré.

Chez les sujets jeunes non fumeurs, le volume de fermeture est habituellement égal à 5 à 10% de la capacité vitale (CV) et augmente jusqu’à 25 à 30 % de la CV à un âge avancé. Son augmentation, rapportée chez des sujets jeunes fumeurs asymptomatiques ayant une spirométrie normale, a fait proposer cette mesure pour la détection des MPVA.

2- Diminution « fréquence-dépendante » de la compliance dynamique :

Contrairement aux sujets sains non fumeurs, les valeurs de la compliance dynamique (Cdyn) chutent au fur et à mesure que la fréquence respiratoire augmente chez les sujets fumeurs asymptomatiques.

Selon le concept de « constante de temps mécanique », ce résultat est attribué à l’obstruction des petites voies aériennes, du fait d’une modification de la mécanique ventilatoire par les différences régionales de la résistance bronchiolaire.

Le test de diminution « fréquence-dépendante » de la compliance dynamique présente d’importantes contraintes techniques (acceptation par le sujet, contraintes météorologiques), mais reste un test de référence pour la mesure de l’obstruction des petites bronches.

3- Tests basés sur les débits expiratoires (comparaison des courbes débit-volume en air et en hélium-oxygène) :

Du fait de la réduction de calibre des petites voies aériennes au début de la maladie chez les BPCO, la diminution du débit expiratoire devrait également survenir précocement sur la partie terminale de la courbe débit-volume proche du volume résiduel.

Cependant, compte tenu de leurs grandes variations, il semble plus intéressant de comparer ces courbes débit-volume mesurées à l’air et après équilibration avec un gaz de basse densité (80 % hélium-20 % air) pour évaluer une obstruction débutante.

Chez le sujet normal, avec un mélange à 80 % d’hélium, le débit expiratoire maximal à 50 % de la CV (V? max 50) dépasse de 40 à 60 % le V max 50 en air, traduisant une augmentation des débits expiratoires avec une réduction de densité du gaz.

Chez certains fumeurs asymptomatiques, la différence des V max 50 entre hélium et air (DV max 50) est inférieure à la normale, suggérant que les turbulences sont plus faibles dans le segment bronchique amont (prédominance d’un flux laminaire indépendant de la densité du gaz).

Néanmoins, ce test ne semble pas très fiable pour la détection des BPCO débutantes, car il reste parfois normal en cas de BPCO déjà non négligeable.

4- Test de rinçage d’azote :

Le test de rinçage d’azote (single breath N2 test) a été employé pour la détection d’anomalies des petites voies aériennes.

La mesure de concentration d’azote pendant l’expiration qui suit une inspiration maximale d’oxygène permet de déterminer le « gradient alvéolaire d’azote », ou pente de la phase III, qui est élevé chez le fumeur asymptomatique avec spirométrie normale.

Récemment, l’intérêt porté initialement à ces tests de dépistage précoce a diminué, car, lors d’atteintes modérées des voies aériennes, certaines anomalies liées au tabac et dépistées par ces tests semblent réversibles peu après l’arrêt du tabac.

La proportion de la résistance du flux due aux petites voies aériennes inférieures à 3 mm est probablement plus élevée que celle initialement estimée et les variations du VEMS semblent fournir un index finalement assez adapté de la progression d’une atteinte modérée chez les fumeurs.

B - Explorations fonctionnelles chez les BPCO établies :

Chez les patients présentant une dyspnée d’effort, les tests classiques appréciant la mécanique pulmonaire de façon globale sont perturbés.

Le VEMS et la résistance des voies aériennes sont anormaux et il existe une augmentation du volume résiduel (VR) et de la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF).

Chez certains patients, on observe aussi une augmentation de la capacité pulmonaire totale (CPT) et de la compliance statique, ainsi qu’une diminution de la force de rétraction élastique.

Enfin, l’augmentation de la CRF met en position inadéquate les muscles respiratoires dans leur travail mécanique, avec une augmentation de leur charge de travail, notamment par le raccourcissement de leur longueur au repos.

1- Tests d’expiration forcée :

En pratique clinique, les modifications de la mécanique pulmonaire sont habituellement évaluées par des mesures effectuées lors de manoeuvres forcées dans la CV, surtout pendant le temps expiratoire. Une spirométrie simple permet la mesure du VEMS et de la CV.

La définition de l’obstruction bronchique repose sur la diminution du rapport VEMS/CV (rapport de Tiffeneau).

L’appréciation de sa sévérité est évaluée sur l’importance de la baisse du VEMS par rapport à la valeur théorique du patient (pourcentage de la valeur théorique du VEMS).

Selon ce pourcentage du VEMS théorique, l’obstruction est faible (supérieure à 60 %), modérée (40 à 60 %) ou sévère (inférieure à 40 %). Un autre paramètre, le débit expiratoire médian (DEM 25 à 75 %), correspond au débit dans la partie médiane de la CV.

Il est en général lié au VEMS, mais peut être diminué alors que le VEMS est encore normal.

Les courbes débit-volume permettent l’analyse rapide des conditions mécaniques d’un patient BPCO.

Le volume pulmonaire est en abscisse, correspondant à la CV allant de la CPT à la CRF.

Les débits sont en ordonnée, positifs expiratoires et négatifs inspiratoires.

Au cours des obstructions bronchiques débutantes apparaît une convexité vers l’axe des X avec réduction du débit expiratoire prédominant sur la portion de la courbe proche du volume résiduel VR, alors que le débit au pic expiratoire n’est pas modifié.

À ce stade, les formes des courbes restent assez conservées par rapport au sujet normal, avec, sur la portion expiratoire, des débits les plus élevés à haut volume pulmonaire.

Lorsque la maladie progresse, on observe une réduction à la fois de l’axe des débits (diminution des débits maximaux comme conséquence de l’obstruction) et de l’axe des volumes (baisse de la CV et augmentation du VR).

Au total, on observe une réduction globale de l’enveloppe expiratoire et inspiratoire au cours des BPCO évoluées.

Lors des maladies évoluées, la courbe expiratoire au volume courant peut dépasser celle observée lors d’une expiration forcée.

Ceci traduit un collapsus des voies aériennes plus précoce, dû au fait que l’augmentation de la pression pleurale lors de l’expiration forcée majore davantage la compression sur les voies aériennes que l’effet de la pression motrice.

Ces courbes DEMV traduisent en réalité la résultante de plusieurs facteurs incluant la résistance des voies aériennes, la force de rétraction élastique du poumon et les forces appliquées à la surface du poumon par les muscles respiratoires, tous ces facteurs étant par ailleurs influencés par les changements de volume pulmonaire.

L’utilité des courbes DEMV et de ses mesures dérivées telles que VEMS ou VEMS/CV traduit probablement leur capacité à intégrer tous ces paramètres dans des mesures simples et faciles à utiliser.

2- Tests de réversibilité bronchique :

La réversibilité peut être définie comme une amélioration d’un index d’obstruction bronchique ; elle est généralement évaluée sur la réversibilité de la réduction du VEMS après inhalation de bêta-2-mimétiques ou d’anticholinergiques (aérosols doseurs).

Les critères de réponse retenus associent généralement une augmentation du VEMS supérieure à 15 % de la valeur de base et supérieure à 200 mL en valeur absolue (ou encore une augmentation du VEMS supérieure à 12 % de sa valeur théorique et supérieure à 200 mLen valeur absolue).

L’intérêt d’un test de réversibilité, pour prédire l’efficacité d’un traitement bronchodilatateur et pour sélectionner les patients pouvant clairement être améliorés sur le plan symptomatique (tolérance à l’effort, réduction des symptômes), n’est néanmoins pas clairement démontré.

Afin d’identifier les patients BPCO répondeurs aux corticoïdes oraux, un « test aux corticoïdes » peut être pratiqué, consistant à mesurer un gain potentiel du VEMS après un traitement de 15 jours de 0,6 mg/kg/j de prednisolone.

Les critères de réponse sont généralement identiques à ceux retenus pour les bronchodilatateurs inhalés.

3- Changement des volumes pulmonaires statiques :

L’augmentation duVR et de la CRF a été observée depuis longtemps chez les patients porteurs de BPCO, grâce à des techniques d’équilibration de gaz inerte.

L’introduction du pléthysmographe a confirmé ces données, en mesurant des augmentations de CRF encore supérieures.

Les différences observées entre les deux types de méthodes semblent en partie attribuables à des zones d’air trappé, ne communiquant pas avec les voies aériennes, et donc sous-estimées par les méthodes de dilution de gaz inerte à l’équilibre.

La prolongation suffisante des méthodes de dilution des gaz permet d’ailleurs de retrouver des valeurs équivalentes à celles de la pléthysmographie.

De même, la CPT est fréquemment augmentée chez les patients emphysémateux et semble parfois être surestimée en pléthysmographie par les conditions techniques d’enregistrement des variations de pression au niveau de la bouche.

4- Mesure de l’élasticité pulmonaire : courbes pression élastique-volume et compliance statique

L’emphysème est caractérisé par une distensibilité accrue du poumon qui peut être visualisée sur une courbe pression élastique-volume.

Comparé à un sujet normal, on observe chez les emphysémateux une augmentation de la compliance statique représentée par l’augmentation de la pente de la courbe et une diminution de la pression transpulmonaire statique à un volume déterminé (courbe déplacée en haut et à gauche).

Classiquement, la compliance est la pente de la courbe dans la région de la CRF.

La mesure de la pression élastique à la CPT (diminuée chez l’emphysémateux) permet une mesure indépendante de la taille et du volume pulmonaire.

5- Résistance des voies aériennes :

La résistance des voies aériennes (Raw) est proportionnelle à la différence de pression entre la bouche et l’alvéole (P) et inversement proportionnelle au débit aérien (V).

Elle est augmentée au cours des BPCO.

Elle peut être mesurée par différentes méthodes, dont la pléthysmographie corporelle ou avec un ballonnet oesophagien (mesure pendant une respiration normale à partir d’un enregistrement de la pression pleurale).

Toutefois, dans ce dernier cas, la résistance visqueuse des tissus est également enregistrée.

La Raw est dépendante du degré d’inflation pulmonaire et augmente à bas volume pulmonaire. L’inverse de la Raw, la conductance des voies aériennes (Gaw) est beaucoup moins influencée par le volume pulmonaire et présente une relation quasi linéaire avec le volume pulmonaire.

On utilise donc souvent la conductance spécifique (SGaw), c’est-à-dire le rapport entre la conductance et le volume, qui est indépendante de la taille et de l’âge chez l’adulte, permettant de mieux comparer les patients.

Chez les BPCO, la résistance des voies aériennes inférieures à 3 mm de diamètre semble contribuer à plus de 50 %de la résistance pulmonaire totale, comparée à seulement 25 %chez les sujets normaux.

Par rapport aux tests mesurés à partir d’une expiration forcée (VEMS), la Raw possède l’avantage d’être mesurée à faible débit et de constituer une mesure des voies aériennes non comprimées.

Néanmoins, une relation assez étroite est observée entre la diminution du VEMS et l’augmentation de la Raw.

En pratique clinique, la mesure des résistances des voies aériennes chez les patients porteurs deBPCO offre peu d’avantages sur la mesure duVEMS et semble moins reproductible.

6- Diffusion alvéolocapillaire (capacité de transfert de l’oxyde de carbone [TLCO]) :

Les tests à l’oxyde de carbone (CO) permettent l’étude de la résistance des structures alvéolocapillaires au transfert des gaz qui dépend de la nature du gaz, de son gradient de pression entre les deux milieux, de la surface de la zone d’échange, des structures alvéolocapillaires et du volume sanguin capillaire.

Du fait de propriétés physicochimiques proches de l’oxygène, et pour des raisons méthodologiques, c’est le CO qui est utilisé pour l’étude de la diffusion alvéolocapillaire.

Deux méthodes de mesure de la TLCO sont couramment utilisées : la méthode en état stable (TLCO steady-state [TLCOss]) et la méthode en apnée (TLCO single breath [TLCOsb]).

La méthode en apnée a l’avantage de ne dépendre que de la diffusion alvéolocapillaire et de la qualité de la perfusion sanguine capillaire, et non des inégalités ventilation-perfusion fréquentes chez les BPCO. Rapportée au volume alvéolaire (TLCOsb/VA), c’est un reflet du transfert du CO par unité de volume pulmonaire.

Chez les patients emphysémateux, le transfert du CO est abaissé du fait de la raréfaction vasculaire associée (destruction des capillaires pulmonaires).

La baisse concerne alors surtout le rapport TLCOsb/ VA, un peu moins la capacité de transfert totale TLCOsb pour laquelle la baisse de la perméabilité est partiellement compensée par l’augmentation habituelle du volume alvéolaire.

Enfin, la capacité de transfert a été rapportée pour évaluer le degré d’emphysème dont l’appréciation par mesure de densité au scanner semble corrélée à la baisse de la capacité de diffusion.

7- Gaz du sang :

La mesure des gaz du sang en air ambiant est un point essentiel de l’évaluation de la maladie en état stable, afin de connaître le degré d’hypoxémie (et l’indication d’une oxygénothérapie au long cours) et la présence éventuelle d’une hypercapnie.

Lors des décompensations aiguës, elle permet la mesure du pH et doit être répétée chez les patients instables afin d’identifier une hypercapnie avec acidose respiratoire dont les signes cliniques peuvent être tardifs.

L’équilibre acidobasique peut être approché de façon simple par l’équation d’Henderson modifiée : [H+] = k X PCO2/HCO3 - (H+ = concentration en ions hydrogène ; k = constante ; PCO2 = pression artérielle en CO2 ; HCO3 - = concentration en bicarbonates).

L’augmentation de CO2, qui est habituellement rapide, peut être compensée par la réabsorption de bicarbonates, un processus relativement lent.

Il est pratique d’interpréter les modifications de pH et de PCO2 des patients à l’aide de diagrammes acidebase de type non logarythmique, intégrant des données de patients bien caractérisés sur l’équilibre acide-base (acidose respiratoire aiguë ou chronique, acidose ou alcalose métabolique, alcalose respiratoire).