FACULTE DE MEDECINE PIERRE ET MARIE CURIE

PARIS FRANCE

DU BON USAGE DES NORMES

EN

EXPLORATION FONCTIONNELLE

RESPIRATOIRE

Marc ZELTER

Les recommandations internationales listent

les impratifs requis pour une bonne

pratique clinique en EFR

ATS/ERS task force, Eur Respir J 2005;26, number 1-5

Utilisation dun matriel adapt

Calibrations rgulires

Manuvres ralises correctement

Vrification de la qualit des donnes

Interprtation adquate

Valeur prdites adaptes

Dfinition explicite des valeurs normales

Gradation de la svrit des anormalits

Une longue liste

de

recommendations

(jamais suivies)

- Normalisation des preuves fonctionnelles respiratoires dans les pays de la Communaut Europenne du Charbon et de lAcier:

Poumon et Coeur 1960; 33:1145-1159

- ECCS Update 1971

- ATS statement - Snowbird workshop on standardization of spirometry:

Am Rev Respir Dis 1979;119: 831-838

- ECCS Standardized Lung Function Testing:

Bull Europ Physiopath Resp 1983;19, suppl. 5, 5-95

- ECCS-ERS update:

Eur Respir J 1993;6, suppl. 16, 5-100

- ATS update:

Am J Respir Crit Care Med 1995;152: 1107-1136

- ATS/ERS recommendations:

Eur Respir J, 2005; series 1-5 ATS/ERS Task Force: Standardization of Lung Function Testing

Dfinition du sujet sain ou normal

Du point de vue du pneumologue une population normale est constitue de sujets nayant jamais fum et sans aucun antcdent respiratoire

Comme pour toutes les grandeurs biologiques il existe une dispersion des valeurs chez les sujets normaux et ce pour chacune des grandeurs dintrt en exploration fonctionnelle respiratoire:

dbit, volume ou rapport (VEMS,CVF,VEM6, VEMS/CVF, VEMS/VEM6)

Definition pidmiologique de la normalit

ATS/ERS (en bons statisticiens) recommandent lutilisation du 5me percentile pour dfinir la valeur de

rference pour une population normale

Cela signifie que 95 % de la population normale figure dans la dispersion normale

des donnes

La valeur qui correspond au 5me percentile est appele la limite infrieure

de la normale (LIN/LLN)

Les sujets en dessous de LIN/LLN sont atypiques

Distribution normale

95%

Sain = Normal

Intervale des valeurs des sujets sains =intervalle de rfrence

Valeur en dehors de lintervalle normal = atypique

condition que la distribution des valeurs soit Gaussienne

Reprsentation de la distribution

normale en fonction de lcart type et du pourcentage cumulatif de

sujets

Distribution normale et cart type (s)

Dans cette reprsentation:

95% des sujets sont au dessus de

[valeur moyenne 1,64 SD]

Cest la valeur qui correspond au 5me percentile

Cest donc la LIN (LLN)

Facteurs influenant les grandeurs

spiromtriques

Le sexe

La taille

Lthnie/race

Dautres facteurs, de moindre importance

Equations de rfrence

Les diffrences entre sujets du VEMS (et de la plupart des autres grandeurs

spiromtriques) sont pour une part trs

importante lies lge et la taille

En calculant la rgression en fonction de lge et de la taille on obtient une quation liant ces grandeurs:

VEMS = a + b.Taille + c.Age + e cart type rsiduel (RSD)

La correction pour lge et la taille tant faite la distribution ne dpend plus que des facteurs rsiduels

Lcart type en est rduit dautant

Lcart type rsiduel est multi factoriel. Il inclut sans doute la masse corporelle et bien dautres facteurs dont le poids statistique individuel nest pas suffisamment important pour quune correction cible est un intrt ou ait un sens statistique

Correction pour lge et la taille pour VEMS (FEV1)

Ce que nous voulons savoir

De combien la valeur mesure scarte de la valeur prdite

A partir de quand la valeur mesure peut elle tre considre comme suffisamment

loigne de la valeur prdite pour tre

considre comme atypique

Le rve illusoire de lexpression en pourcentage de la valeur prdite

Le mode le plus populaire dexpression des rsultats en terme dcart par rapport la valeur prdite est lexpression de la valeur mesure en pourcentage de la

valeur prdite

En soi cela ne prsente, bien sr, aucun problme conceptuel ou pratique

En utilisant le pourcentage de la valeur prdite vous cherchez simplement exprimer en pourcentage lcart entre la valeur prdite et la valeur mesure ce qui est une manire simple de standardiser et de normer la prsentation des rsultats

Il est plus facile de dire quune valeur scarte dune autre dun certain pourcentage que de comprendre le sens dun cart en valeur absolue

Ce mode de reprsentation, une fois encore, ne pose aucun problme

conceptuel ni pratique, au contraire

La grande illusion

Les problmes commencent si vous choisissez un pourcentage fixe de variation pour dfinir la limite entre la valeur prdite et la valeur limite de normalit

Par exemple, 80% de la valeur prdite comme dfinissant la limite infrieure de la normale independamment de la valeur absolue de la valeur de rfrence

Que signifie lutilisation du seuil de 80% de la valeur prdite

Ce seuil signifie que lcart type (SD) de la variation inter-individuelle est de 10% mais aussi que lcart type est proportionnel la valeur moyenne tous les ages

et pour toutes les tailles

120% 80%

En utilisant 80% de la valeur prdite comme seuil de normalit nous formulons

lhypothse (fausse) que la limite infrieure de la normale est toujours 20% en dessous

de la valeur moyenne de rfrence, quel que

soit le sexe, la taille, lge et les autres facteurs potentiels de variation et mme la

grandeur spiromtrique que nous mesurons

Une hypothse implicite et

infonde

En dautres termes nous assumons que la variance de la valeur normale est un

pourcentage fixe de celle-ci, donc quelle est proportionnelle sa valeur absolue

How this factor came into being is

unknown to this writer. It is a misfortune

that it did since it has neither statistical nor

physiological validity. It implies that all

functions in pulmonary physiology have a

variance around the predicted, which is a

fixed per cent of predicted

Sobol et al Thorax 1979;34:1-3

Ecart type (SD) mesur sur une population normale

Ecart type proportionnel calcul (% fixe de variation)

Coefficient de variabilit pour lge

CV = 15% ~ LLN of 70%

Normal = 70-130%

CV = 10% ~ LLN of 80%

Normal = 80-120%

Coefficient de variabilit pour le dbit

CV = 20% ~ LLN of 60%

Normal = 60-140%

FEV1 and FVC

FEF25-75

Lapproche statistique correcte

Pour une distribution normale, la limite infrieure de la normale (LLN) est dfinie comme:

LLN = -1.64 RSD

(95% des sujets sains sont au dessus de la LLN)

Les sujets atypiques (anormaux) ont des valeurs en dessous de la LLN

RSD : residual standard deviation (e)

(cart type rsiduel)

Quantifier latypique

Le bon index est celui du nombre de fois dont la valeur mesure diffre de la valeur prdite, exprim en nombre dcarts types rsiduels (RSD)

SDS = (observe prdite) / RSD

Cette valeur est le score de dviation standard. Sil est gal ou infrieur 1.64 le sujet est normal ou la limite de la LLN. Sil est au dessus, le sujet est atypique

Simplifions

Si on se souvient que LLN = 1.64xRSD

alors nous pouvons donner un score qui

est le nombre de fois, exprim en valeur

de LLN, dont la valeur mesure diffre de

la valeur prdite

Ce score est le z-score:

Z = (observe prdite) / 1.64xRSD

Si z est en dessous ou gal 1 le sujet est dans la norme

Si z est au dessus de 1, z nous donnes une apprciation quantitative normalise

de la dviation du sujet par rapport la

normale

La bonne nouvelle est que lordinateur peut le faire pour vous

De telle sorte que quand une personne petite et ge et un grand jeune homme

sont tous deux une RSD en dessous de la

valeur prdite pour VEMS ils ont tous deux

un z score 1

Il est possible de dire quils ont la mme atteinte fonctionnelle, mme si leurs

valeurs absolues sont diffrentes

Incorrigibles pneumologues

Lusage du pourcentage de la valeur prdite est entr dans les murs en pneumologie mais curieusement na pas dquivalent ailleurs en mdecine

Nowhere else in medicine is such a nave view taken of the limit of normal

Sobol et al Thorax 1979;34:1-3

Il y a dbauche de littrature pour dmontrer la fausset de cette approche et expliquer comment calculer et utiliser LLN mais cette littrature ne semble pas tre lue par les intresss

A votre bon cur

Interpreting lung function data using 80%

predicted and fixed thresholds misclassifies

more than 20% of patients Miller et al Chest 2011;139:52-59

11000 patients

Birmingham, England; St. Louis, Missouri; Christchurch, New Zealand

Their report also reemphasizes the folly of using 80% predicted as a threshold to

separate normal from abnormal for other

pulmonary function parameters

Hansen Chest 2011;139;6-8

Ah! quil est bon (mais faux) de toujours valoir 0,7

The GOLD guideline threshold FEV 1/FVC ratio of

70%, whether before or after bronchodilator

administration,is deeply flawed Hansen Chest 2011;139;6-8

Validit compare du rapport fixe pour

VEMS/FVC compare sa valeur

prdite

VEMS/CVF< 70% est il un index valable pour dfinir lobstruction?

VEMS en % de la valeur prdite est il un index valable de la gravit de lobstruction

VEMS/CVF< 70% est il un index

valable pour dfinir lobstruction?

Le Falling ratio Working Group a retrouv 50 publications comparant VEMS/CVF% et la

Limite Infrieure de la Normale (LIN/LLN) en

termes of diagnostic de fonction normale ou

anormale

Critre GOLD (0.70) compar LLN dans

un chantillon randomis de la population

Faux positifs lis lge

La prvalence de lobstruction bronchique augmente avec lge

A partir de 50 ans chez lhomme et 60 ans chez la femme la prvalence est double

artificiellement car les recommandations

GOLD ne prennent pas en compte les

variations de VEMS/CVF en fonction de la

taille et de lge

Le critre du rapport fixe 0,70 est scientifiquement intenable

Il entraine plus gnralement des faux ngatifs chez les sujets jeunes et une

surstimation chez les sujets ags

Prvalence de la BPCO en fonction du

critre fonctionnel

Vollmer et al, ERJ 2009

Effets du choix dune quation de rfrence

Toute quation est elle bonne prendre?

Petite cause, grand effet: ce quinduit une modification mineure de LIN

Changer les quations de

rfrence:

faire face un monde imparfait

Quelles sont les diffrences de valeur en fonction des quations choisies?

Dans quelle mesure ces diffrences peuvent elles influencer le diagnostic et le

classement de lobstruction?

Effet du changement dquation de rfrence

Effets dune variation de LIN/LLN

La valeur prdite pour la LLN est marginalement plus leve dans lquation NHANESIII que pour lquation ECCS/ERS

En dpit de cette faible diffrence le nombre dobstructifs identifis comme tel par cette quation est suprieur d 1/6

Il est donc essentiel de regarder de plus prs les effets du choix dune quation plutt quune autre et comment cette dcision affecte le diagnostic

Effets dun changement de valeur de rfrence

Parce que le monde est

imparfait

Il est indispensable dindiquer dans le compte rendu quelles quations de

rfrence vous utilisez

Il importe de toujours utiliser la mme

quation pour suivre correctement

un patient donn

Classer le degr dobstruction

Le classement repose

conventionnellement sur le pourcentage

de la valeur prdite du VEMS en tout cas

selon GOLD

Classer le degr dobstruction selon GOLD

STADE 1 : BPCO dbutante VEMS/CV < 70 % VEMS < 80 % de la valeur prdite Prsence ou non de symptomatologie chronique : toux, expectorations STADE 2 : BPCO modre VEMS/CV < 70 % VEMS entre 30 et 70 % La mesure de la PaO2 doit tre ralise pour les VEMS < 40% et en cas de dyspne et/ou d'insuffisance cardiaque droite Prsence ou non de symptomatologie chronique : toux, expectorations, dyspne STADE 3 : BPCO svre VEMS/CV < 70 % VEMS < 30 % ou VEMS < 50 % associ une insuffisance respiratoire ou des signes cardiaque droite

Pourquoi passauf que:

Aucun auteur dquation de rfrence na jamais recommand dexprimer VEMS en pourcentage de la valeur prdite pour quel

que test spiromtrique que ce soit

Aucun panel de standardisation na jamais suggr de telles recommandations sauf

GOLD et ce sans aucune preuve ou

dmonstration daucune sorte

Lusage du pourcentage de la valeur prdite conduit un biais en fonction de lge et de la taille

La proportion de faux positifs croit avec lge, une petite taille et devient particulirement consquente si les deux facteurs se combinent

Du fait que les gnrations les plus anciennes taient aussi plus petites quand elles taient jeunes que les gnrations actuelles et parce que lge se traduit par une diminution de la taille au sein de chaque gnration, ces deux facteurs se combinent pour encore amplifier les biais

Classement de lobstruction

Schermer et al: Are they really sick?. 2006

Tout classement li au pourcentage de

la valeur prdite devrait tre banni

Les faibles et les forts

Les recommandations GOLD entrainent dimportantes incertitudes de classement pour les formes faibles et modres dobstruction

Le classement des formes importantes est peu modifi

A lheure quil est il nest pas possible de rsister aux pressions conformistes et naves du classement GOLD

Le coup final:

la distribution non gaussienne des donnes

En conclusion ( ce stade)

Distribution normale Ecart normal dans la LLN

Sujets normaux

Normal Dans la normale

Sujets atypiques

Au dessous deLLN (SR) Au dessus de LLN (SR)

Tout cela est bienquand tout est bien

Le monde nest toujours bien fait

2134 West Devon Avenue, Chicago, Illinois

Un petit peu de pragmatisme (1)

Si vous disposez dun spiromtre sophistiqu il vous suffit dintroduire le bon logiciel et les bonnes quations pour vous

conformer aux bonnes pratiques

Et vous navez aucune excuse pour ne pas le faire

Un petit peu de pragmatisme (2)

Si vous ne disposez que dun spiromtre portable vous pouvez vous servir des critres GOLD et du rapport fixe, tout en sachant que ce nest quun moyen simple de dtection en pratique courante ou difficile

Encore quavec un calculateur de poche vous pouvez procder diffremment (tant pis pour les mauvaises excuses)

Et un petit peu de bon sens

clinique

Les perspectives

Lquation universelle

Limitations des quations de rfrence

usuelles

quations souvent anciennes et portant sur trop peu de sujets

Beaucoup ignorent lge Restreintes des classes dge limites - peu ou pas de donnes avant 6 ans - peu de sujets vraiment ags Limits des populations spcifiques (belges,

amricaines etc.) Equipements et critres de qualits obsoltes Ignorent que la distribution nest en fait pas

gaussienne Une vaste majorit dquations restreintes aux

caucasiens

Les avantages de lquation universelle

Une seule quation de 3 80ans

Des courbes sans solution de continuit

Une quantification prenant globalement en compte leffet de lge et de la variabilit inter individuelle en terme de LIN/LLN

Mode demploi

Utiliser des outils statistiques volus combinant les modles linaires additifs et gnraliss (GAMLS, generalised additive models for location, scale and shape)

GAMLSS permet dtablir des prdicteurs gnraux linaires pour chaque moment statistique et plusieurs distributions possibles des donnes

Coles et al Statist. Med. 2009; 28:880898

Imiter les pdiatres et lOMS

Global Lungs Initiative

Le rseau GLI inclut GLI 190

correspondants, de 39 pays sur 5 continents

Plus de 150,000 spiromtries

Plage des valeurs normales

LLN change avec lge

Mdiane

LLN

males

Et le sexe

males

females

Etat des travaux

Accs aux quations

www.growinglungs.org.uk

Download Excel Macro Add-In

www.lungfunction.org

Download PC software

Merci

Hpital de la Piti-Salptrire, founded 1627