pulmonaire
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Botezatu Victoria
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Le dveloppement pulmonaire constitueun remarquable exemple des mcanismes
dinteractions cellulaires au cours de lamorphogense et de la cytodiffrenciation
Il existe des pathologies spcifiques dupoumon en dveloppement,
particulirement chez le nouveau-n
prmatur
Dveloppement pulmonaire
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Nombre moyen et dimension des structuresdans le poumon humain
Pneumocyte I
Pneumocyte II
Membrane basale
Endothliumcapillaire
pithliumalvolaire
Rappels sur lorganisation du systme respiratoire des mammifres
Types dpithlium
Cellule muqueuse
Cellule basale
Cellule cilie
Membrane basale
Cellule scrtrice(neuroscrtrice, Clara)
pithlium
muco-ciliairedes voies ariennes
Types cellulaires
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De la bronchiole terminale lalvole
vaisseaux sac alvolaire
septum inter-alvolaire
alvoles
canal alvolaire
Bronchiolesterminale respiratoire
lastine
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Ultrastructure des voies ariennes
La barrire alvolo-capillaire (BAC),structure assurant les changes gazeux
Les voies ariennesde conduction
Cils Cellule mucus Cellule cilie
Lame basale Cellule basaleAutre cellule scrtrice
Pneumocytes I: cellules aplaties trs tenduesformant la majeure partie de la surface alvolaire(Pneumocytes I : 50% en nombre, mais 97% de la surface,Pneumocytes II : 50% en nombre, mais 3% de la surface)
Cellule endothliale
Pneumocyte I
fibroblasteMatrice(collagne)
Lame basale
BAC : 0,2 m
Hmatie
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Circulation pulmonaire et hmatose
1o
2o
3o
ARTERE PULMONAIRE
VEINE PULMONAIRE
Rseau Capillaire
Rseau Capillaire
Artre Bronchique
Cur gauche
Cur droit
BRONCHIOLE
TERMINALE
BRONCHIOLE
RESPIRATOiRE
CANAL ALVEOLAIRE
ALVEOLES
SACALVEOLAIRE
Plvre
(Cur gauche)
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Moulage polyester dun poumonhumain adulte vu de dos
(le poumon gauche a t moinsempli que le poumon droit)
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Quelques dfinitionsCellulesTotipotentes:cellules capables dengendrerun organisme entier en donnant naissance lintgralitde ses cellules (uf,cellules issues des premires divisions de lufjusquaustade 8 cellules).
Pluripotentes :cellules souches capables sous divers effets inducteurs dinitiertoutes les diffrenciationscellulaires issues des 3 feuillets ectodermique, endodermique, msodermique, ou la ligne germinale
(cellules ES, EG).
Multipotentes:cellules engages dans une voie particulire de diffrenciation (induction="commitment")mais possdant un potentiel large correspondant aux cellules dunseul feuillet embryonnaire
(cellules souches hmatopotiques, msenchymateuses, neurales, etc)
Feuillets embryonnairesEctoderme :feuillet externe loriginede lpidermeet du systme nerveux
Endoderme :feuillet interne issu de la gastrulation, loriginedu tube digestif et de ses drivsMsoderme :feuillet intermdiaire loriginedu tissu conjonctif, du squelette, des muscles, desvaisseaux,etc
Epithlium :Tissu constitu de cellulespolarises(face apicale, face baso-latrale), juxtaposes et relies par des
jonctions serres, et reposant sur une lame basale (ou membrane basale, organisation spcifique de la
matrice extracellulaire).
Msenchyme :Tissu conjonctif propre lembryonet au ftus,driv du msodermeet caractris par la prsence de
cellules nombreuses (fibroblastes) au sein dunematrice peu abondante. En dehors des tissus auxquels il
donne naissance (endothliums vasculaires, cartilages, glomrules rnaux, etc), il est loriginedu tiss
conjonctif de ladulte.
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Organogense pulmonaire
Les cellules pithliales du poumon drivent de lintestinembryonnaire primitif
(endoderme)Intestin antrieur diverticule thyrodien, diverticule respiratoire (trache, bronches, parenchyme pulmonaire),
appareil digestif (pharynx, sophage,estomac / dbut du duodnum / foie, pancras).
Le poumon est issu de lassociation du bourgeon pithlial (form par vaginationventrale du tube digestif embryonnaire) avec le msenchyme environnant
Bourgeon pithlial
toutes les cellules pithliales du poumon mature(voies ariennes et alvoles)
Msenchyme toutes les autres cellules (fibroblastes, endothliums vasculaires,fibres musculaires lisses, chondrocytes, etc)
Le poumon se dveloppe par ramifications successives du tube pithlial originel( branching morphogenesis )
Le plan de lorgane (asymtrie, nombre de troncs bronchiques et de lobes) estcaractristique de lespce et gntiquement dtermin
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Les tapes du dveloppement pulmonaire et leur chronologie
Dveloppement, Morphogense Croissance
Stade alvolaireSeptation secondaire
Stade sacculaireformation des units functionnelles
Stade canaliculaireformation des voies ariennes distales
Stade pseudoglandulairemorphogense par ramification de larbre arien
Stade embryonnaireformation de lbauche
Homme 4 10 16 20 24 30 Naissance 3 6 9 1 2 3 4 5 6 7
Rat 11 13 18 20 Naissance 4 14 21 28
Mouton 17 30 85 120 140 Naissance
Souris
semaines (40) mois annes
jours (22)
jours (145)
Priode de croissance normale
Maturation microvasculaire
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Stades embryonnaire et pseudogandulaire :les voies ariennes de conduction se construisent par ramification
pithlium
bauche pulmonaire de rat 13 j de gestation
msenchyme
Les futures voies ariennes se ramifient jusqu la bronchiole terminaleA la fin de la priode, larbre arien est complet mais ne dbouche sur aucune structure
respiratoire fonctionnelle
Tubules pithliaux dissminsdans un msenchyme abondant.Aspect dune glande (do ladsignation du stade).
pithlium indiffrenci(cellules hautes,
toutes semblables).
Aspect histologique :
Cest le msenchyme qui contrle la ramification de lpithlium
pithlium seulpriclite
pithlium + Msenchymeramification
Association pithlium + msenchyme htrologues(ex: pithlium salivaire ou rnal + msenchyme pulmonaire)
lpithlium se ramifie selon le plan de lorgane dont provientle msenchyme
On peut substituer au msenchyme une matrice de type lamebasale ( Matrigel ) et un cocktail de facteurs de croissance
le msenchyme contrle la ramification par lintermdiairede constituants de la matrice et de facteurs de croissance
Tissus ftaux en culture
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Stade canaliculaire :les rgions distales se dmarquent des voies ariennes, lpithlium se diffrencie
Les canaux alvolaires (futures bronchioles respiratoires) se forment,
la vascularisation de lorgane progresse considrablement, la fin de la priode apparaissent les toutes premires barrires alvolocapillaires : cest lalimite absolue de viabilit.
Aspect histologique :
Expansion des futuresespaces ariens.
Dbut de rduction du msenchyme
vasculogense
Premiers signes de diffrenciation cellulaire :dmarcation entre futures zones conductrices qui gardent
un pithlium lev et futures zones changeuses dontlpithlium devient cubodal.
La diffrenciation de lpithlium muco-cilaire commenceet progresse de faon proximo-distale.
Les premiers pneumocytes II, puis I se diffrencient
future bronchiole
canalalvolaire
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Aspect histologique :
Poursuite de la diffrenciation cellulaire.
Accroissement considrable des futursespaces ariens et rductionmassive du msenchyme.
Maturation pithliale :accumulation du surfactant
Progression des barrires
alvolo-capillaires
Stade sacculaire :le poumon devient fonctionnel
Les dernires gnrations de branchements forment
les sacs alvolaires (encore non subdiviss en alvoles)
Chez lhomme, cest ltatde la majeure partie dupoumon au moment de
la naissance
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lastine
septum primaire
septumsecondaire
Alvole
Alvole
1j pp 21j pp
Poumon de rat
Stade alvolaire :La subdivision des sacs alvolaires par septation secondaire donne naissanceaux alvoles dfinitives accroissement considrable de la surface dchanges
des dpts dlastinese forment danslpaisseur dessepta primaires ;des crtes apparaissent leur niveau
les crtes sallongent et
donnent naissance aux septasecondaires qui subdivisentles sacs alvolaires
les fibres lastiques fourniraient la forcede traction qui allonge les septa
Chez lhomme,le processuscommence in utero,mais la majeure partie
des alvoles se formeaprs la naissance :-naissance terme = 20 50 millions dalvoles-adulte = environ 300millions dalvoles
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Remaniements vasculaires au cours du dveloppement
Remaniements postnatals : passage dun rseaucapillaire double un rseau simple par fusion
des capillaires
stade pseudo-
glandulaire
stade
canaliculaire
stadesacculaire
stadealvolaire
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Dtermination du territoire pulmonaire
Intestin antrieur diverticule thyrodien, diverticule respiratoire (trache, bronches, poumon), appareil digestif(pharynx, sophage,estomac / dbut du duodnum / foie, pancras).
Le poumon se dveloppe dans un territoire endodermique qui co-exprime les facteurs detranscription TTF1, Foxa1 et Foxa2
Pax-8
TTF-1
Fox a3
Fox a1
Fox a2
Thyrode Poumon Tube digestif
THYROID TRANSCRIPTION FACTOR (TTF-1) :Facteur de transcription domaine de liaison lADN de type homotique(Homod omain e: squ ence cons erve de 60 ac id es am ins, de st ru c tu re hli ce -to u r-hli ce ,
code par 180 nuclotides qui constituent lhomeobox)
Famille FORKHEAD BOX (Fox) :Facteurs de transcription domaine de liaison lADN de type"winged helix"(Winged helix: squence conserve dune centaine dacides amins drive du motif homotique)
F t d t i ti i di bl d l t l i
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Foxf1 : K.O. (-/-) prcocement ltal,mais ltat htrozygote (+/-), provoque des dfauts de lobation,une hypoplasie et une immaturit pulmonaire
+/++/-
Facteurs de transcription indispensables au dveloppement pulmonaire
TTF-1 : le K.O. nempche pas la formation du bourgeon pulmonaire,mais supprime la ramification et la diffrenciation.Flche : le poumon est rduit un sac dilat bord par un pithlium indiffrenci.
TTF-1 est indispensable lexpression de diverses protines pulmonaires(protines du surfactant, protines de la cellule bronchiolaire de Clara).+/+ -/-
Foxa2 : - K.O. prcocement ltal- K.O. inductible cibl sur poumon: diffrenciation pithliale incomplte
Foxj1 : K.O.entraneretard de croissance, anomalies de lasymtrie G-D, absence de cils et de flagelles
-/-+/+
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Les cellules pithliales indiffrencies sont
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CGRP
CC10
SP
cellule primitive
(stade pseudo-glandulaire)
Les cellules sont induites :elles co-expriment (faiblement)des marqueurs pulmonairesqui se sparerontultrieurement entre des types cellulaires
diffrents.
CGRP
CC10
SP
celluleneuroendocrine
cellule
de Clara
pneumocyte II
cellules diffrencies
(stade alvolaire)
CGRP= calcitonin-gene related peptideCC10 (ou CCSP)= Clara cell secretory proteinSP= surfactant proteins
Les cellules pithliales indiffrencies sontprcocement induites et multipotentes
Cest le msenchyme qui est rgionaliset qui contrle la diffrenciation pithliale
Elles sont multipotentes :on peut rorienter leur phnotype(proximal ou distal) par la greffe demsenchyme in vitro
msenchyme distal+ pithlium trachal ramification et
expression demarqueurs alvolaires
msenchyme trachal+pithlium distalpas de ramification
et expression demarqueurs voies ariennes
HISSP-C
Immunomarquagemucines
Les f ibroblast growth factors 1 et 7 contrlent la diffrenciation du pneumocyte I
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pithlium trachal de ftus de rat cultiv en absence de msenchyme
Hybridation in situ SP-C(marqueur pneumocyte II)
Hybridation in situ CC-10(marqueur bronchiolaire)
fond clair fond noir
fond clair fond noir
Milieu de culturecomplexe
(nombreux additifs)
On retire FGF-1du milieu
On retire FGF-7du milieu
On retire la fois- FGF-1- FGF-7
Les f ibroblast growth factors1 et 7 contrlent la diffrenciation du pneumocyte I
Les FGF1 et 7sont ncessaires etsuffisantspourinduire le phnotype
pneumocyte II
FGF1 produit par diverses cellules ; FGF7 produit seulement par msenchyme, rcepteurs pithliaux
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Lignages cellulaires pithliaux
Deux lignages principaux : voies de conduction et alvoles
Pas de cellules souches indiffrencies dans lpithlium pulmonaire :les cellules basales et scrtrices sont capables de prolifrer et de setransdiffrencier en cellules en diffrenciation terminale
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A la naissance, la scrtion doit cesseret le liquide tre rabsorb : rle descanaux Na+Mcanismes de contrle :-rle des catcholamines (adrnaline)-rle du travail (stress ftal)(rle mcanique de lexpulsion)
Priode prinatale : Rabsorption
Vie ftale : ScrtionLpithlium pulmonaire ftalscrte des ions Cl-qui entranentune scrtion de liquide.Les futures espaces ariens sont
remplis dun liquide qui exerce unetension sur le tissu.Cette tension est ncessaire audveloppement. Le dficit en liquide(oligoamnios, drainage) entranehypoplasie et retard de maturit.
Locclusion trachale (rtention duliquide) induit croissance du poumonet diffrenciation des pneumocytes I
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Origine ante-natale :
Hypoplasies pulmonaires dorigines diverses(dont hernie diaphragmatique congnitale)
Emphysme lobaire congnital et kystes adnomatodesOrigine postnatale :
Maladie des Membranes Hyalines (MMH), ou Syndrome de DtresseRespiratoire nonatale (aigu)
Dysplasie bronchopulmonaire (DBP) du prmatur (chronique)
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Origine ante-natale :
Hypoplasies pulmonaires dorigines diverses(dont hernie diaphragmatique congnitale)
Emphysme lobaire congnital et kystes adnomatodes
Origine postnatale :
Maladie des Membranes Hyalines (MMH), ou Syndrome de DtresseRespiratoire nonatale (aigu)
Dysplasie bronchopulmonaire (DBP) du prmatur (chronique)
La Maladie des Membranes Hyalines :
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yune pathologie due au dficit en surfactant pulmonaire
Avery M.E., and Mead J. (1959). Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease.Am . J. Dis. Chi ld. 97: 517-523.1remise en vidence du rle du dficit en surfactant dans ltiologie
Signes cliniques :-Tachypne (>60 cycles/min.)-Rtraction sternale et intercostale-Hypoxmie (cyanose)
MMH modre MMH svre
Signes radiologiques :-Opacits rticulo-granulaires
(aspect de verre dpoli)-Anomalies diffuses et symtriques-Bronchogrammes ariens
Anomalies fonctionnelles pulmonaires :-Capacit rsiduelle fonctionnelle rduite-Compliance pulmonaire (distensibilit) rduite-Faible volume courant-Espace mort augment
Caractristiques anatomo-pathologiques :-Collapsus alvolaire (atlectasie)-Dpts de fibrine daspect vitreux dansles espaces alvolaires (membranes hyalines)
Causes : prmaturit, asphyxie prinatale, naissance par csarienne sans travail, diabte maternel, causegntique (dficience congnitale ou polymorphisme dune protine du surfactant)
Le surfactant pulmonaire(rappels)
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p ( pp )
Phosphatidylcholineinsature (25%)
Phosphatidylcholinesature (45%)
Phosphatidylglycrol (5%)
Phosphatidylthanolamine (3%)
Autres phospholipides (2%)
Lipides neutres (10%)
Protinesspcifiques
(SP-A, B, C, D, 3%)
Protines sriques(7%)
Un mlange complexe de lipides et de protines.
qui assure:-la stabilit mcanique de lalvole-lhomostasiehydrique et protique-une dfense pr-immune contre les pathognes
Le contenu des inclusions lamellairesdonne naissance un film quirecouvre la surface alvolaire
Alv
BM
Pn I
Fib
produit par le pneumocyte IIinclusions lamellaires(surfactant pulmonaire)
Ontogense du surfactant
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g
15,5 j
21,5 j19,5 j
17,5 j
Formation des inclusions lamellaires(ex.: chez le rat), relations avec le glycogne
Premires inclusions lamellaires chez lhomme :19 20 semaines
Maturation du surfactant :Un aspect quantitatif (accumulation)Un aspect qualitatif (tous les constituantsnapparaissent pas simultanment)
Phospholipides
Protines
Remarque : lephosphatidylglycrol est le derniercomposant apparatre(marqueur de maturit)
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Acquisition des proprits fonctionnelles
volution des proprits tensio-actives du contenu desinclusions lamellaires au cours du dveloppement (ftus de rat)
("non" surfactant)
surfactant isol(inclusions lamellaires)
DPPC seulement
Apparition des SP
Apparitiondu PG
Naissance prmature = dficit en surfactant + surfactant immatureRisque de dtresse respiratoire nonatale
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Incidence de la MMH en fonction de lge gestationnel
Le risque devient ngligeable au-del de 36 semaines
Traitement de la MMH
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Traitement de la MMH
Traitement "symptomatique" par la ventilation mcaniqueavec pression positive lexpiration ( pos t-end expiratorypressure, PEEP) et oxygnothrapie (FiO2>21%)
Traitement tiologique : administration de surfactant exogne(surfactant synthtique, surfactant naturel modifi)
Traitement prventif : corticodes la mre en cas de menacedaccouchement prmatur (les corticodes acclrent la
maturation et stimulent la synthse de tous les constituantsdu surfactant)
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Facteurs intrinsques :poumons immatures+ susceptibilit gntique?
troubles dela septationalvolaire
altration de lamicrovascula-
risation
fibroseventilation (baro/volotraumatisme),oxygnothrapie(oxygnotoxicit)
La dysplasie bronchopulmonaire :une maladie du grand prmatur ventil
Facteurs extrinsques
(agressions) :
infections(ant- ou
postnatales)
En dpit des progrs de leur prise en charge, certains prmaturs continuent dedvelopper une maladie pulmonaire chronique : la DBP
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Termethorique
36 SA24 SA
sacculaire
Dysplasiebronchopulmonaire
Prmatur i t50 000 naissanc es / an
canaliculaire
alvolaire
(Pers is tan ce FiO2 > 21% 36 SA )
Stade
Risque lev jusqu 32 semaines :grande prmaturit
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re pr-surfactant (avant 1990)
Prmaturit volution favorable sans DBP
"ancienne"DBP-lsions bronchiques-fibrose tendue
-troubles de lalvolisation
(septation, microvaisseaux)
Surfactant exogne(+ corticostrodes, + progrs ventilation)
"nouvelle"DBP-troubles de lalvolisation prdominants-fibrose modre
Dfi iti l i
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Dfinition classique
Dtresse respiratoire nonatale
Symptmes respiratoires
Anomalies radiologiques
Oxygnodpendance 28 j
Oxygnodpendance 36 semdge postnatal
N ll dfi iti
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Nouvelle dfinition
Nouveau-n avec ou sans dtresse respiratoire
nonatale
Symptmes respiratoires
Anomalies radiologiques
Oxygnodpendance 36 sem dge postnatal et/ou28 j
Oxymtrie afin de dterminer les besoins O2
Degr de svrit (lger, modr, svre)
F t d i
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Facteurs de risque
Canal artriel, surcharge
Effet paradoxal de lindomthacine
Chorioamionite
Infection
sexe
Caucasien
Gntique
Maturation pulmonaire
tude des jumeaux
Dizygote: risque relatif 1.4x
Monozygote: risque relatif 4x (25 40%)
Physiopathologie classique
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Physiopathologie classique Zone datlectasie et dhyperinflation
Lsions svres des voies ariennes Hyperplasie des muscles des voies ariennes
Fibroprolifration extensive
Hypertension pulmonaire
Diminution de la surface alvolaire
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Physiopathologie
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Physiopathologie
rle des cappilaires
Rle important descapillaires durantlalvolarisation
Rle de VEGF dans la
croissance vasculaire Rgulation de VEGF par lO2
Gaultier C., Lung Development, 1999
Physiopathologie
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Physiopathologie
VEGF
Rats nouveau-ns exposs lO2
Rle protecteur de VEGF
Souris transgniques surexprimantVEGF au niveau pulmonaire
Rle dltre dune surexpression
Vascular endothelial growth factor
http://en.wikipedia.org/wiki/Vascular_endothelial_growth_factorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Vascular_endothelial_growth_factorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Vascular_endothelial_growth_factorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Vascular_endothelial_growth_factor -
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Vit A attnue les effet de lO2 chez le rat nouveau-n
Vit A rduit le dficit dalvolarisation chez lagneauventil
Ac rtinoque induit une rgnration alvolaire dansdes modles animaux adultes
Vit A et BPD Niveau sanguin bas chez les NN qui dvelopperont une BPD
Supplmentation de vit A Effets controverss
Dernire tude: 5000 UI 3x/semaine pour 4 semaines chez ELBW
Incidence de BPD ou dcs 62% 55% (RR 0,89; IC 0,80-0,99) 25% des bbs supplments avaient des taux sriques insuffisants: problme de
transport 48
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Effets nfastes des gros volumes et des trop petits volumes
Effets controverss
Ventilation haute frquence
Hypercapnie permissive Ventilation assiste (SIMV)
Volume garanti
Ventilation assiste proportionnelle
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Nutrition Oxygnothrapie
50
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Furosmide
Amliore compliance pulmonaire
Diminue rsistance des voies ariennes
Effet diurtique immdiat et retard
Effets secondaires: pertes Na,K,Cl, nphrotoxicit, alcalose
mtabolique, hypercalciurie, phosphaturie, ostopnie, ototoxicit
Thiazide et Spironolactone
+ Amliore compliance pulmonaire
+ Rduit lutilisation du furosmide+ Chez les patients intubs, moins dchec dextubation
+ Hyponatrmie
+ Effet long terme
51
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Salbutamol pas deffet sur la mortalit
pas deffet sur la dure de support ventilatoire ou le besoin en
oxygne
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Corticostrodes systmiques < 96 h postnatal:
Extubation plus prcoce
Diminue risque DBP 28 jours et 36 semaines
Diminue la mortalit et DBP 28 j
Diminue le canal artriel et air leak syndrome
Corticostrodes systmiques < 96 h postnatal (suite):
Augmente le risque de perforation intestinale, saignement digestif,hyperglycmie, HTA
Augmente le risque de paralysie crbrale, dexamen neurologique
anormale, retard dveloppement53
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Corticostrodes systmiques 7-14 jours postnatal
Diminue la mortalit 28 j
Diminue DBP 28 j et 36 sem
Extubation plus prcoce
Diminue le recours la dexamthasone ultrieurement
Corticostrodes systmiques 7-14 jours postnatal: effets
secondaires nots:
HTA, hyperglycmie, saignement g-i, cardiomyopathie
hypertrophique, infection Effets neurologiques long terme 54
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Corticostrodes systmiques > 3 sem postnatal:
Aucun effet sur la mortalit
Diminue lchec dextubation 7-28 j
Diminue le recours la dexamthasone ultrieurement
Diminue DBP 36 sem
Diminue loxygnothrapie domicile
Corticostrodes systmiques > 3 sem postnatal: effets secondaires nots:
Hyperglycmie, glycosurie, HTA
Rtinopathie du prma
Risque de paralysie crbrale et anomalie lexamen neurologique55
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