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REMERCIEMENTS

Je remercie tout d'abord Christophe Letellier pour son investissement dans cette nouvelle formation d'ingénierie pour le biomédical.

Je tiens à remercier le Docteur Catherine Tardif qui a permis la réalisation de ce stage.

Je la remercie pour avoir enrichi mes connaissances, et pour les corrections qu'elle a apportées à ce rapport de stage.

Je remercie également l'interne Hélène Morisse, les techniciens Béatrice et Alain de

m'avoir aidé à progresser. Merci enfin à Linda Achour qui a aiguillé mes recherches et qui a eu un rôle primordial

pour la réalisation de ce rapport.

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Abstract

Expiratory flow limitation and dynamic hyperinflation during exercise

My placement will take place at the hospital of Bois-Guillaume, with Dr C. Tardif in the unit of respiratory physiology. I will study functional explorations during exercise. This technique is used to understand symptomatology, disordered lung mechanics and disability in the field of obstructive lung diseases. Furthermore, I will work with tools for exercise testing (for instance spirometers, plethysmographs, helium dilution), tools to measure the gaseous exchanges or to detect airflow limitations.

A spirometer is a device which assesses lung function by measuring the volume of air

inspired and expired by the lungs. The spirometry permits to calculate typical volumes of lung capacity (vital capacity, ventilation rate). This test is used to determine how the lungs receive, hold, and utilize air; to monitor a lung disease, the effectiveness of treatment; to determine the severity of a lung disease. To diagnose a lung disease, other tools are necessary.

A plethysmograph is an instrument used in order to record variations of volume of an organ. To estimate the lung function, a body plethysmograph is used. It consists of a large box which is closed. The patient is in this box. The volume of the thorax is determined from pressure changes in the box. With this device, we can measure the functional residual capacity (FRC) and the lung-thorax compliance. The lung volume and the pressure in lungs are measured by spirometry.

Spirometry and plethysmography are two of the basic pulmonary function tests. Lung and heart diseases can be diagnosed thanks to cardiopulmonary exercise test

(CPET). In fact, this method evaluates both cardiac and pulmonary functions by measuring gas exchanges (monitoring, in addition, electrocardiography, blood pressure, pulse oximetry). The patient is exercised on a bicycle or a treadmill. Measurement of expiratory gases during exercise testing permits to grade the severity of a disease or evaluate the response to interventions that may affect exercise capacity.

Finally, this placement will enable me to better understand how doctors can assess

respiratory diseases such as asthma or chronic obstructive pulmonary disease (COPD), thanks to functional explorations. Indeed, the devices we saw are the means to link clinical symptoms and functional responses, through physical exercise.

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SOMMAIRE

Page Remerciements ................................................................................................................ 1 Résumé en anglais ........................................................................................................... 2 Introduction ..................................................................................................................... 4 I. Le service de physiologie respiratoire ..................................................................... 5 II. L’appareil respiratoire : notions de physiologie et exemples de troubles .................. 6

1) La respiration ........................................................................................... 6 2) La broncho-pneumopathie chronique obstructive .................................... 10 3) Le syndrome d’apnées du sommeil .......................................................... 12

III. Explorations fonctionnelles dans la prise en charge de la broncho-pneumopathie

chronique obstructive et du syndrome d’apnées du sommeil................................ 14

1) Les explorations fonctionnelles respiratoires ........................................... 14 2) L'exploration pendant le sommeil ............................................................ 21 3) Exploration fonctionnelle à l’exercice ..................................................... 25

IV. Exemples d'EFX dans une situation particulière .................................................... 27

EFX et assistance circulatoire .......................................................................... 27 Conclusion .................................................................................................................... 29 Glossaire ....................................................................................................................... 30 Bibliographie ................................................................................................................. 31

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Introduction

Étudiante en deuxième année de licence "Ingénierie pour le BIOMédical" (IBIOM), mon stage en milieu hospitalier est dirigé par le Docteur Catherine Tardif. Il se déroule dans l’unité de physiologie respiratoire, à l’hôpital de Bois-Guillaume (CHRU de Rouen). Cette unité réalise les explorations fonctionnelles permettant de porter le diagnostic ou d'effectuer une surveillance chez des malades souffrant de troubles respiratoires. Ces explorations sont faites au repos ou à l'exercice ou pendant le sommeil. Les maladies concernent tantôt les voies aériennes intra-thoraciques (maladies obstructives : asthme, broncho-pneumopathie chronique obstructive, emphysème), tantôt les atteintes du parenchyme pulmonaire ou les atteintes neuro-musculaires (maladies restrictives), tantôt les troubles respiratoires du sommeil. Ces explorations consistent en la mesure de pressions, volumes et débits et des analyses de gaz. C'est dans ce contexte que j'ai pu étudier les différents moyens diagnostiques des limitations des débits expiratoires, notamment dans la broncho-pneumopathie chronique obstructive. Nous nous intéressons également aux troubles qui surviennent pendant le sommeil. La broncho-pneumopathie chronique obstructive, plus communément appelée BPCO, est, selon la définition scientifique, "une maladie chronique et lentement progressive caractérisée par une diminution, non complètement réversible, des débits aériens" [1]. La BPCO est donc une maladie des bronches qui subissent une inflammation. À long terme, leur calibre se rétrécit, ce qui se répercute sur le fonctionnement de l'appareil respiratoire, et qui a un retentissement global sur l’organisme et sur les muscles périphériques. La BPCO atteint particulièrement les adultes de plus de 40 ans (sa fréquence augmentant avec l'âge). En France, elle concerne 3 à 4 millions de personnes, ce qui représente 6 à 8 % de la population [2]. Mais il est à noter que seul un tiers des patients atteints est diagnostiqué. La répartition des patients BPCO est la suivante : 55 % d'hommes et 45 % de femmes. La principale cause de cette maladie est le tabagisme. En ce qui concerne les pathologies du sommeil, nous nous intéresserons au syndrome d'apnées du sommeil (SAS), qui consiste en la survenue d’interruptions des échanges gazeux pendant le sommeil. Il peut s’agir soit d’apnées (arrêts complets d’au moins dix secondes), soit d’hypopnées (réductions des échanges gazeux suivies d’une désaturation). Le syndrome d’apnées du sommeil atteint entre 4 et 6 % de la population, voire 10 % selon les sources. Il touche surtout la population masculine [3]. De plus, l’obésité est un facteur de risque qu’il ne faut pas négliger. Ces maladies, BPCO et syndrome d'apnées du sommeil, se traduisent par des signes cliniques (essoufflements, somnolence diurne, …) et ont un retentissement dans la vie de tous les jours, ce qui constitue un handicap. C'est ainsi que j'établirai, dans un premier temps, une brève description du service, en présentant les activités principales. Je ferai un rappel sur la physiologie de la respiration et ses pathologies. Ensuite j'aborderai les outils de diagnostic et de suivi que sont les explorations ; successivement, nous verrons les explorations fonctionnelles respiratoires (EFR) qui permettent de déterminer les volumes et les débits respiratoires, les enregistrements polygraphiques pendant le sommeil (EPS) et enfin les explorations fonctionnelles à l'exercice (EFX) qui permettent de mesurer la tolérance à l’effort des patients.

I. Le service de physiologie respiratoire

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Le service de physiologie, au sein du CHU de Rouen comprend deux unités fonctionnelles : l’unité de physiologie digestive et urinaire qui se trouve à Charles-Nicolle et l’unité fonctionnelle de physiologie respiratoire et sportive qui se trouve à l'hôpital de Bois-Guillaume. Le chef de service de physiologie est le Professeur Anne-Marie LEROI.

Dans l'unité de physiologie respiratoire où a lieu mon stage, la prise en charge des patients a pour principal objectif le dépistage, le diagnostic et le suivi de toute pathologie qui atteint le fonctionnement de l’appareil respiratoire.

Pour ce faire, les examens de la fonction respiratoire sont notamment les explorations fonctionnelles respiratoires (EFR), l’exploration fonctionnelle à l’exercice (EFX) et l’enregistrement polygraphique du sommeil (EPS).

La structure du service est organisée autour de ces 3 explorations :

� 2 salles pour les EFR où se trouvent, dans l’une un pléthysmographe et dans l’autre un spiromètre avec utilisation d’un gaz traceur, l’hélium (le pléthysmographe permet de faire de la spirométrie, mais tous les patients ne peuvent pas subir cet examen). Les deux appareils permettent en outre d’étudier le transfert du monoxyde de carbone

� une salle pour la gestion des EPS : accueil et prise en charge des patients, analyse et interprétation des données sur l’ordinateur

� une salle pour les EFX où se trouvent notamment les ergomètres (bicyclette et tapis de course) qui sont reliés à un ordinateur (pour le pilotage des ergomètres et l’acquisition des données)

� il y a également des salles de consultation, un secrétariat et des bureaux (pour les techniciens et les médecins).

Ces examens peuvent en outre faire l’objet d’un bilan pré-opératoire. Le but est alors de déterminer si la fonction respiratoire est suffisante, par exemple avant une lobectomie (= ablation d’une partie ou de la totalité d’un lobe de poumon). Il est en effet essentiel d’évaluer si le bénéfice d’une opération ne sera pas affecté par le handicap encouru.

L’EFX permet également d’établir un programme de réhabilitation à l’exercice, et de suivre les bénéfices d’un tel entrainement. Flux de patients dans le service :

− 60 EFR / semaine, soit environ 12 par jour − 16 EPS / semaine − 6 à 8 EFX / semaine.

Coût des examens : [4]

− gaz du sang 36,88 € − spirométrie 37,88 € − spirométrie + gaz du sang 114,88 € − pléthysmographie 76,80 € − TlCO 34,56 € − EPS 119,31 € − EFX 94,06 € − EFX + gaz du sang 114,88 €


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Support informatique, gestion des données, personnel :

Les rendez-vous sont pris par Annie, la secrétaire. Elle accueille également les patients à leur arrivée dans le service.

Ensuite les examens (EFR et EFX) sont réalisés. L’acquisition des données se fait sur des postes informatiques locaux. Celles-ci sont transmises par des serveurs. Les techniciens, Béatrice et Alain, font une première analyse critique de ces dernières, puis les mettent en forme.

L’interne, Hélène Morisse, et le Docteur C. Tardif, sont responsables de l’interprétation d’ordre médical et établissent un compte-rendu.

Ces données doivent enfin être archivées. L’envoi des résultats et du compte-rendu au patient et / ou au médecin traitant est du ressort de

la secrétaire. Les patients sont donc, dans le service pris en charge par la secrétaire, les techniciens, l’interne

et le Docteur Tardif. Réalisation des examens

− Les EFR sont réalisées par les techniciens qui se chargent du matériel – entretien, étalonnage, maintenance – et de faire effectuer au patient les manœuvres nécessaires.

− Pour les EFX, outre ce même travail technique, la surveillance médicale est constante. − L’EPS se déroule de façon un peu particulière. En effet, cet enregistrement se fait en

ambulatoire : il est réalisé au domicile du patient. Le technicien est un étudiant en médecine. Il enregistre les données démographiques du patient sur l'ordinateur (nom, prénom, taille, poids, âge). Il pose ensuite des capteurs sur le patient. Il contrôle la qualité des tracés sur l'écran. Il transfère les données de l'ordinateur sur la mémoire du boîtier d'enregistrement que le patient emmènera au domicile. Il explique au patient comment mettre en route l'enregistrement. Le patient rentre enfin chez lui avec le boîtier et des questionnaires à remplir. Le lendemain matin, le patient ramène le boitier dans le service. La technicienne transfère alors les données sur un ordinateur puis fait une première analyse critique. Ensuite les données sont traitées selon la procédure habituelle, décrite précédemment.

II. L’appareil respiratoire : notions de physiologie et deux exemples de maladies

1) La respiration

L'appareil respiratoire est formé des voies aériennes supérieures (ou voies respiratoires supérieures) que sont le nez et les fosses nasales, la bouche, le pharynx (carrefour aérodigestif) et le larynx (gorge). Les voies aériennes supérieures sont des formations extra-thoraciques (Fig. 1). Leur principal rôle est d’humidifier et d’épurer l’air.

II. L'appareil respiratoire

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Fig. 1 : Voies aériennes supérieures (coupe sagittale)

Faisant suite à ces conduits, nous situons les voies aériennes inférieures (Fig. 2), intra-thoraciques, au sein desquelles nous pouvons distinguer une zone de conduction : la trachée et les bronches (bronches souches, bronches et bronchioles) ; et une zone respiratoire : les alvéoles pulmonaires.

Fig. 2 : Voies aériennes inférieures (schéma)

Les bronches et les bronchioles produisent en permanence, mais en quantité normalement limitée, une substance collante : le mucus. Son rôle est d'enrober les impuretés (particules et germes) qui ont pu pénétrer dans l'appareil respiratoire avec l'air inspiré. Propulsé par des cils microscopiques répartis le long de la paroi bronchique, le mucus évacue son chargement vers les voies aériennes supérieures pour être expectoré ou dégluti. En cas d'irritation des voies aériennes, la toux assure un complément d'épuration essentiel.

Le but de la respiration est l’échange de gaz : élimination du gaz carbonique et absorption de l’oxygène. Pour ce faire, l’air entre dans les voies aériennes, c’est la conduction. Ensuite les échanges gazeux ont lieu au niveau des alvéoles par le phénomène de diffusion. En effet les alvéoles sont perfusées par des capillaires (Fig. 3). Les gaz diffusent librement à travers la membrane alvéolo-capillaire pour être éliminés (CO2) ou absorbés (O2).


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Fig. 3 : Schéma de la perfusion des alvéoles par les capillaires.

La respiration est divisée en 2 étapes qui se succèdent de manière cyclique. Il s'agit de l'inspiration et l'expiration, qui sont caractérisées par une variation de la pression intra-pulmonaire (Fig. 4). En effet, lors de l'inspiration, la pression alvéolaire est négative par rapport à la pression atmosphérique ; au contraire, pendant l'expiration, cette différence de pression est positive.

Fig. 4 : Schéma explicatif de la mécanique respiratoire. [6]

L'inspiration :

C'est un phénomène actif basé sur la contraction d'un muscle essentiel : le diaphragme. Cela lui confère un mouvement dirigé vers le bas. La conséquence directe est une augmentation du volume du thorax dans les trois dimensions. Les poumons s'agrandissent également car ils suivent passivement le déplacement de la cage thoracique grâce à la plèvre (fine membrane qui entoure le poumon et qui le


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rend solidaire du thorax). Dans le même temps, on observe une modification de la position des côtes : elles s'écartent et s'élèvent. Lors d'inspirations profondes et/ou difficiles, ces mouvements sont aidés par des muscles accessoires.

La cage thoracique étant une enceinte étanche (la seule ouverture est constituée par les voies aériennes), l'augmentation du volume entraîne systématiquement une différence de pression négative. Ce phénomène provoque un appel d'air. L'air pénètre alors dans les poumons jusqu'à ce qu'un équilibre des pressions soit observé (Palvéolaire = Patmosphérique). C'est la fin de l'inspiration. L'expiration :

Contrairement à l'inspiration, ce deuxième temps du cycle respiratoire est un phénomène passif, si l’expiration n’est pas forcée.

Il repose sur la restitution de l'énergie élastique accumulée par le parenchyme (= tissu) pulmonaire et le thorax au cours de l'inspiration précédente. On observe un retour du thorax à sa position initiale du fait de l'élasticité de l'ensemble thoraco-pulmonaire.

La relaxation du diaphragme a pour conséquence de diminuer le volume de la cage thoracique. En cas d'expiration forcée, des muscles sont sollicités (abdominaux et inter-costaux).

Puisque le volume des poumons diminue, Palvéolaire devient supérieur à Patmosphérique. L'air est donc expulsé des poumons jusqu'au retour de l'équilibre de ces deux pressions, ce qui correspond à la fin de l'expiration.

Les muscles inspiratoires et expiratoires doivent lutter contre des résistances provenant de

l'élasticité du système thoraco-pulmonaire, et de la difficulté de circulation de l'air dans les voies aériennes. En cas de pathologies, ces résistances sont augmentées.

Il existe deux grands types d'atteintes respiratoires : • Les pathologies restrictives : elles se définissent comme une diminution des

volumes pulmonaires, réduisant dans le même temps la capacité à effectuer une ventilation normale. Les volumes restreints sont notamment la capacité vitale (CV) et la capacité pulmonaire totale (CPT). Exemples de troubles ventilatoires restrictifs : pneumonectomie (ablation d’un poumon), maladies neuro-musculaires, cypho-scoliose, syndrome obésité-hypoventilation.

• Les syndromes obstructifs : ils sont caractérisés par une augmentation des résistances au niveau des voies aériennes. La conséquence principale est une diminution du volume expiré maximal en 1 seconde (VEMS) et donc du rapport de Tiffeneau (=VEMS/CV). Cliniquement, un trouble ventilatoire obstructif doit être suspecté devant la présence, à l'auscultation, de ronchus et de sibilants (sifflements qui accompagnent le murmure respiratoire) et une prolongation du temps expiratoire. Exemples de maladies obstructives bronchiques : broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), asthme, mucoviscidose.

Je m'intéresse tout particulièrement à la BPCO, pathologie dont j'ai pu suivre la prise en charge au sein du service.


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2) La broncho-pneumopathie chronique obstructive

Comme nous l'avons vu précédemment, la BPCO est une pathologie très fréquente. Elle constitue la cinquième cause de mortalité dans le monde, après l'infarctus, les accidents vasculaires cérébraux, les infections respiratoires et la tuberculose [7].

La BPCO est une bronchopathie (= maladie des bronches qui s’inflamment) et une

pneumopathie (maladie des poumons). En effet, les bronches longtemps inflammées subissent une réduction de leur calibre. Cela a une répercussion sur l’anatomie du poumon et sur son fonctionnement.

La BPCO est caractérisée par une obstruction bronchique anatomique (rétrécissement du calibre

des petites voies aériennes par un épaississement de leur paroi), contrairement à l'asthme où l'obstruction est fonctionnelle (bronchospasmes) [8]. Cette obstruction est donc, dans la BPCO, permanente. De plus, elle est peu, voire pas réversible.

C'est une maladie qui s'installe très progressivement, conséquence d'une atteinte des petites voies aériennes ; son évolution est lente et insidieuse. Elle s'accompagne d'une toux avec expectorations.

Fig. 5 : Schéma des conséquences pulmonaires de la BPCO à différents stades. On distingue 3 stades de la maladie (Fig. 6) : Ce sont les stade 1, 2 et 3 : le signe évocateur est la dyspnée (essoufflements) qui accompagne

d’abord des efforts intenses, puis des efforts de plus en plus modérés, pour finalement devenir constante même au repos (la déambulation et la toilette deviennent alors pénibles). Cela se traduit à l’exploration par une diminution progressive du VEMS (volume expiré maximal en 1 seconde). De plus, il y a présence d'une toux fréquente et d'expectorations.


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Stade 1 BPCO débutante Stade 2 BPCO évoluée Stade 3 BPCO sévère

Fig. 6 : Les différents stades de la BPCO. À un stade avancé, le calibre des bronches est très diminué. L’air entre dans les alvéoles mais

s’évacue difficilement. Il en résulte une augmentation de la pression Palvéolaire, les alvéoles se distendent puis se détruisent ; c’est l’emphysème pulmonaire. À un stade ultime, la BPCO évolue parfois en insuffisance respiratoire chronique.

Plus la BPCO évolue, plus la surface d’échanges gazeux est diminuée entraînant une réduction

du taux d’oxygène absorbé et du taux de gaz carbonique éliminé. L'obstruction va entraîner une hétérogénéité de la vidange expiratoire des différents territoires et

une augmentation du volume alvéolaire télé-expiratoire dans les territoires où prédomine l'obstruction. De plus, l'augmentation des résistances à l'écoulement de l'air va avoir pour conséquence une augmentation du travail ventilatoire. Enfin, l'obstruction va produire des anomalies du rapport ventilation-perfusion avec un effet shunt dans les zones pulmonaires mal ventilées ayant pour conséquence d'aggraver l'hypoxémie (diminution de la pression partielle en oxygène dans le sang). Pour lutter contre ces phénomènes, l'organisme va développer des mécanismes compensateurs dont les effets peuvent être délétères. Pour limiter l'augmentation du travail ventilatoire, le patient va spontanément augmenter sa fréquence respiratoire et diminuer son volume courant. L'espace mort (volume de gaz qui ne participe pas aux échanges gazeux) se trouve donc augmenté et favorise l'apparition d'une hypoventilation.

Pendant la phase expiratoire, le diamètre des petites voies aériennes s'affaisse, ce qui entraîne,

dans le cas de cette pathologie où les bronches sont déjà rétrécies, une diminution des débits expiratoires. Il y a alors sollicitation excessive des muscles expiratoires afin d'évacuer les volumes pulmonaires inhalés. Cela majore la fatigue de ces muscles et peut entraîner une dyspnée (essoufflements).


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Le service concerne également les pathologies ou troubles respiratoires qui sont liés au sommeil.

Nous allons donc également nous intéresser au syndrome d'apnées du sommeil.

3) Le syndrome d’apnées du sommeil

Initialement, les médecins ont décrit le syndrome pickwikien. Il correspond à des troubles du sommeil associés à un tableau clinique précis : obésité, somnolence, insuffisance cardio-respiratoire. La notion de syndrome d'apnées du sommeil (SAS) est apparue car on a détecté la présence d'apnées pendant le sommeil chez des malades dont le tableau clinique était différent de celui du syndrome de Pickwik [9].

Le diagnostic d'apnées du sommeil se fait grâce à la polygraphie ou la polysomnographie. Le traitement de référence est la ventilation nocturne en pression positive continue par masque nasal (PPC) ; elle permet de garder les voies aériennes ouvertes.

Grâce à l'enregistrement du sommeil, il est établi que les présentations cliniques du SAS ont un

caractère très diversifié. On note également la sévérité de ses complications : retentissement cardio-vasculaire qui peut être majeur, somnolence diurne excessive.

Les patients ayant une réduction du calibre des voies aériennes supérieures sont sujet à des

irrégularités de la ventilation. Ces irrégularités sont à l'origine des troubles respiratoires liés au sommeil, dont notamment le SAS.

Au sein de ce syndrome, qui se définit comme un nombre excessif d'interruptions des échanges gazeux, on distingue les hypopnées, les apnées centrales et les apnées obstructives.

Les hypopnées. Elles se caractérisent par une diminution des signaux respiratoires. En effet,

cela est dû à une obstruction partielle des voies aériennes supérieures qui entraîne une diminution de l’amplitude du débit (Fig. 7).

Fig. 7 : Différence entre une hypopnée (b : réduction du débit d’air) et une apnée (a : débit nul)

Les apnées centrales. Dans ce cas, il n’y a pas d’obstruction des voies aériennes. En effet, elles

sont décrites comme des épisodes récurrents d’apnées en l’absence d’augmentation des résistances des


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voies aériennes supérieures. Ceci signifie que le flux d’air est interrompu alors qu’il n’y a pas d’obstruction à l’écoulement de l’air. Ces apnées centrales sont dues à l’absence d’efforts inspiratoires du sujet et, par principe, d’absence de commande ventilatoire centrale.

A l’enregistrement, on observe qu’il n’y a plus de mouvement du thorax et de l’abdomen ce qui traduit bien une inhibition de la commande des muscles respiratoires (Fig. 8).

Fig. 8 : Caractéristiques d’une apnée centrale : absence d’efforts inspiratoires (détectés par des sangles mesurant les mouvements de l’abdomen (trait continu) et du thorax (en

pointillés)) qui se traduit par un débit nul. Les apnées obstructives. Elles se traduisent par des épisodes récurrents d’obstruction complète

des voies aériennes. En effet, à l’éveil, tous les muscles des voies aériennes ont une tonicité qui permet de maintenir un calibre correct entre la langue et le pharynx permettant à l’air d’entrer dans les poumons. Lors du sommeil, cette tonicité diminue et entraîne une réduction du calibre oro-pharyngé, d’où l’apparition d’obstruction des voies aériennes supérieures accompagnée d’une augmentation significative de la résistance à l’écoulement de l’air.

Fig. 9 : Mécanismes d’origine des apnées obstructives du sommeil. En dépit des efforts inspiratoires du sujet, le débit d’air reste nul (l’obstruction est complète) :

c’est une apnée. En conséquence, la ventilation alvéolaire n’est plus adéquate et aboutit à des désaturations (chute du taux d’oxygène dans le sang) et à des micro-éveils. On peut facilement comprendre que cette fragmentation du sommeil est responsable d’une hyper somnolence diurne.

A l’enregistrement (Fig. 10), pendant une apnée obstructive on observe fréquemment un déphasage des mouvements du thorax et de l’abdomen traduisant une lutte contre l’obstruction.


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Fig. 10 : Caractéristiques d’une apnée obstructive : déphasage des mouvements respiratoires (détectés par des sangles sur l’abdomen (trait continu) et le thorax (en

pointillés)) avec une absence de flux d'air (débit nul).

Le diagnostic du SAS se base principalement sur le nombre d’apnées et d’hypopnées par heure, noté IAH (Indice d’Apnée-Hypopnée). Si celui-ci est supérieur à 5 le SAS est considéré comme léger, s’il est supérieur à 30, le SAS est dit sévère. Le nombre d’apnées et d’hypopnées s’avère donc être primordial pour le diagnostic de la maladie. Il s’établit en pratique par un examen polygraphique voire polysomnographique nocturne.

III. Explorations fonctionnelles dans la prise en charge de la

BPCO et du SAS

1) Les explorations fonctionnelles respiratoires (EFR)

Il s'agit d'un terme générique qui regroupe les explorations permettant de mesurer les variables quantifiables de la fonction respiratoire.

Ces techniques permettent d'évaluer les déficiences mécaniques de l'appareil respiratoire dans le but de diagnostiquer et surveiller le type d'atteinte au cours des maladies respiratoires. En confrontant les résultats aux données cliniques et radiologiques, ainsi qu'à des valeurs théoriques (obtenues pour des sujets sains), cela permet d'apprécier la sévérité de la pathologie.

Les EFR englobent la mesure des volumes pulmonaires, des débits ventilatoires ; la mesure des

gaz du sang ; l'étude de la mécanique respiratoire, de la force des muscles respiratoires ; la mesure du transfert des gaz tels que le monoxyde de carbone (TlCO) et l'étude de la commande ventilatoire.

Les volumes pulmonaires mobilisables sont mesurés par spirométrie. Ces volumes sont la

capacité vitale (CV), le volume courant (VT), la capacité inspiratoire (CI), le volume de réserve expiratoire (VRE) et le volume expiré maximal en 1 seconde (VEMS). Les volumes non mobilisables sont évalués grâce à la pléthysmographie ou par dilution d'un gaz traceur. Ces volumes sont : la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF), le volume résiduel (VR) et la capacité pulmonaire totale (CPT).

Les volumes mesurés sont exprimés en valeur absolue, et en pourcentage de la valeur théorique. Cette dernière est calculée en fonction du sexe, de l'âge et de la taille du patient. Des équations de références ont été établies pour des sujets sains. L'unité de physiologie utilise les valeurs de références

III. Explorations fonctionnelles

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européennes (Quanjer, P.H et al, Eur Respir J Supl, 1993, 16:5-40). Remarquons que le poids n'influe pas (ou presque pas) sur les volumes pulmonaires et les débits bronchiques.

Un résultat est valide si trois mesures reproductibles (critères définis par les sociétés savantes) sont obtenues.

Fig. 14 : Spirographie : permet de décrire les volumes pulmonaires.

Volumes et capacités

Abréviations Définitions

Volume courant VT Volume mobilisé à chaque cycle respiratoire pendant une respiration normale. (en moyenne, VT = 500 ml).

Volume de réserve expiratoire

VRE

Volume maximum pouvant être rejeté en plus du volume courant à l'occasion d'une expiration profonde (en moyenne, VRE = 1,2 l). Il existe parallèlement la même chose en inspiration, c'est le volume de réserve inspiratoire VRI.

Volume résiduel VR Volume se trouvant dans les poumons à la fin d'expiration forcée.

Capacité vitale CV CV = VT + VRI + VRE Capacité inspiratoire

CI CI = VT + VRI

Capacité résiduelle fonctionnelle

CRF CRF = VRE + VR

Capacité pulmonaire totale

CPT CPT = CV + VR

Tab. 1 : Définitions et abréviations des volumes et capacités pulmonaires [11]

La spirométrie

C'est la plus répandue des EFR. En effet, c'est l'examen principal qui détermine une BPCO et en

précise le stade.


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La spirométrie est une méthode très ancienne. Son origine remonte à la mesure de la "capacité vitale des poumons" décrite par John Hutchinson en 1846.

En routine, elle est utilisée essentiellement pour mesurer le VEMS. Cela correspond au plus grand volume de gaz qui peut être expiré en 1 seconde. Ce temps d'une seconde est choisi arbitrairement.

Le VEMS permet d'établir le rapport de Tiffeneau (RT) : RT = CVVEMS . Ce rapport est très

important car il permet de faire la part entre une atteinte restrictive et une atteinte obstructive. En effet, une diminution du VEMS conditionne un déficit fonctionnel respiratoire, quel que soit son mécanisme (obstruction ou restriction).

La spirométrie permet en outre la réalisation d'une courbe débit-volume. Elle est obtenue à l'aide

d'un pneumotachographe, outil permettant de mesurer des débits. Le volume est obtenu par intégration de la courbe de débit en fonction du temps.

La courbe débit-volume : Au cours d'une manœuvre d'expiration forcée, le pneumotachographe permet une mesure directe

des débits instantanés qui, exprimés en fonction du volume auquel ils ont été produits, définissent une courbe débit-volume. L'expiration est en général suivie par une inspiration maximale pour obtenir une boucle.

Le volume est porté en abscisse (il est croissant vers la gauche) et le débit en ordonnée (les débits inspiratoires sont négatifs, les débits expiratoires sont positifs) (Fig. 15). Pour être interprétable, le tracé doit incorporer à la fois au moins une boucle complète à volume courant et une boucle complète en inspiration et expiration forcées.

La forme de la courbe débit-volume apporte de précieuses informations. En dessous de 50 à 75 % de la capacité vitale, les débits expiratoires maximaux sont en effet largement indépendants de la coopération des malades. Ils sont alors surtout déterminés par les propriétés des poumons. Dans cette zone effort-indépendante, chez les sujets sains le débit expiratoire décroît à peu près linéairement avec le volume pulmonaire. Des conclusions peuvent facilement être établies en regardant la forme des courbes (Fig. 15).

(a) courbe normale

(b) syndrome restrictif : morphologie globale normale mais de taille réduite


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(c) syndrome obstructif (courbe concave vers le haut) avec limitation de débit (perte de débit entre le volume courant et l’expiration forcée)

(d) obstruction des voies aériennes extra-thoraciques

(e) obstruction trachéale

Fig. 15 : Courbes débit-volume. La courbe permet donc de dépister une obstruction des voies aériennes. De plus, elle permet

l'étude des mécanismes pendant l'expiration grâce à des débits expiratoires. Parmi ces débits, on retient notamment le débit expiratoire de pointe (DEP), le débit maximal à 25% de la CV (DEM25), le débit maximal à 50% de la CV (DEM50) et le débit maximal à 75% de la CV (DEM75). Cela permet de préciser la localisation de l'obstruction des voies aériennes : plutôt centrale lorsqu'elle affecte des débits à haut volume (DEP et DEM75) ou plutôt périphérique lorsque ce sont les débits à bas volume qui sont touchés (DEM50 et DEM25).

La pléthysmographie

Cette technique permet comme nous l'avons vu de mesurer les volumes non mobilisables : la

CRF, le VR et la CPT. Elle permet en outre d'évaluer les variations de volumes intra-thoraciques et les résistances des voies aériennes à l'écoulement gazeux.

Grâce à ces mesures, on chiffre la gravité de la distension compliquant la BPCO [12].


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Dans le service, la pléthysmographie corporelle est utilisée, avec l'appareil MasterScreen Body (Jaeger, Hoecher, Allemagne) (Fig. 16) qui est un pléthysmographe permettant de faire dans le même temps de la spirométrie (c'est de la spiro-pléthysmographie). Le sujet est enfermé dans une cabine close hermétiquement dans laquelle on peut mesurer des variations de volume. Il respire par la bouche, en portant un pince-nez, à travers un circuit respiratoire incluant un pneumotachographe (mesure des débits) et un dispositif de mesure des pressions des voies aériennes (capteurs type piézorésistif).

Fig. 16 : Pléthysmographe MasterScreen Body Les voies aériennes du malade sont occluses par une valve en milieu d'inspiration d'un volume

courant normal et le sujet effectue des respirations rapides contre la valve. Les variations de pression dans les voies aériennes et les variations de volume dans la cabine sont enregistrées et permettent le calcul de la CRF. Ce calcul est basé sur la loi de Boyle-Mariotte qui dit qu'à une température donnée,

csteVP =× (où P est la pression et V le volume). Connaissant ainsi la CRF et ayant mesuré le VRE et la CI par spirométrie, le calcul du VR et de la CPT est aisé (Fig. 14).

Le principe du pléthysmographe repose donc sur les propriétés de compressibilité et détente des gaz.

Les limites de la pléthysmographie reposent sur le fait que certains patients ne peuvent pas

entrer dans la cabine : brancard, sujets claustrophobes, … ; les fauteuils roulants peuvent entrer (dans certains modèles).

Les capteurs Les capteurs de débit et de pression sont des systèmes complexes permettant de transformer le

signal mécanique recherché (débit ou pression) en un signal électrique, qui peut être traité par un système informatique.

Le pneumotachographe :

Fig. 17 : Pneumotachographe Jaeger Un pneumotachographe est un dispositif permettant de mesurer des débits aériens. Celui du spiromètre et celui du pléthysmographe sont identiques. Ce sont des

pneumotachographes à grille de la marque Jaeger. Le pneumotachographe à grille est caractérisé par sa


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relation linéaire entre la pression et le débit. Le premier pneumotachographe à grille est le pneumotachographe de Lilly [Lil50].

Le principe du pneumotachographe à grille repose sur la mesure d'une pression différentielle de part et d'autre d'une grille très fine (mailles de 40 µm) placée dans le circuit ventilatoire. Cette différence de pression est obtenue grâce à la grille qui oppose une résistance au flux de l'air.

Le débit Q est ainsi calculé avec la loi de Poiseuille : cstePPQ ×−= )21( . La "constante" est fixée par le constructeur car elle dépend du rayon du capteur, de la viscosité de l'air et de la distance entre les deux points où la pression est mesurée.

Les volumes sont ensuite obtenus par intégration du signal de débit en fonction du temps. Le capteur de pression du pléthysmographe : C'est un capteur de type piézorésistif. L'effet piézorésistif se traduit par une variation de résistance d'un semi-conducteur sous l'effet

d'une contrainte (dans notre cas, c'est la variation de pression). Les mesures piézorésistives reposent sur la déformation que subit une membrane élastique (en silicium) sous l'effet d'une pression. Un pont de Wheatstone (Fig. 18) constitué de 4 résistances semi-conductrices est intégré à cette membrane. Sous l'effet de la variation de pression la conductibilité du silicium est modifiée (il y a deux raisons : déformation géométrique et conductibilité intrinsèque). La variation géométrique de la membrane en silicium se traduit par une variation de sa résistance. Le pont subit alors un déséquilibre proportionnel à cette variation. Il génère donc une variation de tension, elle aussi proportionnelle à la variation de pression. La variation de tension peut être analysée par le système informatique, et ainsi on peut déduire la variation de pression à l'intérieur du pléthysmographe.

Fig. 18 : Schéma du montage d'un pont de Wheatstone

Etude du transfert alvéolo-capillaire d'un gaz

Il s'agit de mesurer le TlCO. C'est une mesure importante dans le sens où elle reflète la capacité

du poumon à échanger des gaz. En effet, elle fournit des informations sur le transfert, ou la diffusion, des gaz entre l'alvéole et les capillaires pulmonaires. Sa valeur peut être modifiée par une épaisseur anormale de la membrane alvéolo-capillaire, une distension des alvéoles, un rapport ventilation/perfusion mauvais, une quantité d'hémoglobine trop faible.

Principe de la mesure : le patient inspire de l'air mélangé avec deux gaz traceurs : du monoxyde de carbone (CO) et de l'Hélium (He). Le CO traverse la membrane et se lie à l'hémoglobine, tandis que l'hélium qui est très peu soluble ne traverse pas les alvéoles (il permet de mesurer le volume alvéolaire).

Le monoxyde de carbone (CO) est utilisé pour plusieurs raisons : absence dans le sang, grande affinité pour l'hémoglobine. Le plus souvent, une méthode en apnée est réalisée pour effectuer la mesure. La manœuvre se déroule en 4 temps (Fig. 19 et 20) :

- respiration normale d'air ambiant puis expiration complète (Fig. 19, 1) - inspiration complète et rapide du mélange gazeux (dont la concentration en CO et He est

connue) (Fig. 19, 2) - apnée de 10 secondes (Fig. 19, 3)


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- expiration rapide (Fig. 19, 4) et analyse des FeCO (fraction expirée en CO) et FeHe (fraction expirée en Hélium) par spirométrie?? Cela permet de mesurer la concentration en CO dans le gaz expiré et ainsi de déterminer la diffusion du gaz au sein des poumons.

Fig. 19 : Schéma de la manœuvre de mesure du TlCO. (I = compartiment gazeux réservé

Fig. 20 : Tracé obtenu par spirométrie pendant la mesure du TlCO. (a) respiration normale à l'air ambiant et expiration complète ; (b) inspiration complète ; (c) apnée ; (d)

expiration profonde.

La gazométrie C'est ce que l'on appelle également la mesure des gaz du sang. Cette mesure est réalisée par

prélèvement soit artériel (ponction dans l'artère radiale au niveau du poignet), soit capillaire (ponction au bout du doigt après avoir appliqué localement un vasodilatateur pour artérialiser les capillaires de la région).

L'analyse fournit des renseignements sur les conséquences de la respiration, à savoir :

- la PaO2 (kPa): pression partielle de l'oxygène dissout dans le sang artériel


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- la PaCO2 (kPa): correspond à la quantité résiduelle de CO2 dissout dans le sang artériel après élimination de l'excès de CO2 au niveau pulmonaire.

Ces deux paramètres permettent d'évaluer la qualité des échanges gazeux entre les capillaires pulmonaires et les alvéoles.

- la SaO2 (%): représente la saturation en oxygène de l'hémoglobine (elle est calculée ou mesurée)

- le pH : reflète la concentration du sang en ions H+ - le taux de bicarbonate (mmol/l): principal tampon dans l'équilibre du pH. C'est un

paramètre calculé.

On obtient en outre le taux de lactate. Il permet d'évaluer l'oxygénation tissulaire. En effet, le lactate est produit lors de la glycolyse anaérobie (= en absence d'oxygène). Son taux reflète donc la respiration cellulaire.

Ainsi, grâce à ces paramètres, la gazométrie constitue un reflet de la fonction pulmonaire et de

l'équilibre acido-basique. L'efficacité des échanges respiratoires dépend de plusieurs facteurs. Parmi ces facteurs, nous

pouvons citer : - la ventilation alvéolaire : apport adéquat d'air aux alvéoles - la diffusion des gaz (O2 et CO2) à travers la membrane alvéolo-capillaire doit être bonne - la perfusion : fait que les alvéoles reçoivent des capillaires sanguins pour les échanges gazeux.

Une anomalie à chacun de ces trois niveaux peut entraîner des dysfonctionnements de l'appareil respiratoire traduits par des anomalies des taux d'oxygène et de gaz carbonique dans le sang. Il peut s'agir d'hypoxémie (diminution de la PaO2) ou d'hypercapnie (augmentation de PaCO2).

2) L’exploration du sommeil

Confronté à une suspicion de troubles respiratoires liés au sommeil, le but d’un enregistrement pendant le sommeil est de rechercher des anomalies ventilatoires et un trouble de l'hématose, de préciser leur condition de survenue et, dans la mesure du possible, de comprendre leur mécanisme afin de pouvoir proposer une thérapeutique adaptée.

On distingue la polygraphie ventilatoire et la polysomnographie. La polygraphie ventilatoire

correspond à l’enregistrement des signaux de la respiration et de l’oxygénation. La polysomnographie permet d’enregistrer, en plus, des signaux électro-physiologiques tels que l’électro-encéphalogramme, l’électro-myogramme et l’électro-occulogramme. Dans le service les enregistrements se font en ambulatoire. On n’utilise donc pas les voies électro-physiologiques.

Dans le commerce, il existe plusieurs systèmes d’acquisition des signaux polysomnographiques.

Le système le plus récent (2008) utilisé dans le service est le CID102L8, de la société française CIDELEC ; c’est sur ce modèle que j’insisterai. Les évolutions principales consistent en la miniaturisation de l’appareil et le nombre des signaux enregistrés. Le premier appareil de cette société ne permettait l'enregistrement que du son trachéal et l’oxymétrie.

L’appareil comprend un boîtier (Fig. 11) qui recueille, par l’intermédiaire de capteurs fixés sur

la peau, des signaux analogiques et les transforme en signaux numériques. Il contient une mémoire


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interne, qui peut enregistrer jusqu’à 24 heures pour ce modèle, et une batterie NI-MH (nickel-métal hydrure) prismatique interne de 3,6 volts. Ces batteries ont plusieurs avantages : leur recharge est facile, pour ce faire il n'y a pas besoin de les ôter du boîtier, elles sont très résistantes. Le boîtier est ensuite relié à un ordinateur pour le traitement, l’analyse et le stockage des données. Les signaux enregistrés sont ensuite visualisés grâce à un logiciel spécifique (fourni par la société).

Fig.11 : Repères du branchement des capteurs sur le boitier CID102L8

La respiration est analysée à trois niveaux :

- analyse du flux aérien : pression nasale, sons trachéaux - efforts respiratoires à l’origine des débits d’air générés - conséquences de l’activité respiratoire sur les échanges gazeux : analyse de la saturation de

l’hémoglobine en oxygène.

Fig.12 : Installation des capteurs sur un sujet. Tous les signaux sont recueillis par le même système d’acquisition


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Analyse des échanges gazeux : La pression nasale, mesurée par des lunettes nasales (Fig. 12) permet d’enregistrer des

informations sur la présence ou l’absence de flux d’air. Cela permet de confirmer la présence d’une apnée ou d’une hypopnée.

Le son trachéal : Le diagnostic du SAS peut être facilité par l’analyse du ronflement. En effet, en cas

d’obstruction des voies aériennes, l’écoulement de l’air devient turbulent, ce qui provoque un son lors de la respiration. Les sons trachéaux sont enregistrés grâce à un microphone placé à la base du cou, en position susternale (Fig. 12). La chambre acoustique du microphone doit parfaitement adhérer à la peau pour éviter une perte partielle des signaux enregistrés. Les ronflements sont généralement définis par un son d’intensité supérieur à 75 décibels avec une durée de plus de 0,25 secondes.

Analyse des efforts respiratoires du patient : On utilise la mesure des mouvements thoraco-abdominaux, méthode non-invasive et facile à

mettre en œuvre. La motilité du thorax et de l’abdomen traduit chaque effort inspiratoire du patient en se basant sur la variation de circonférence de ces deux segments. Elle est mesurée par des sangles qui ressemblent à deux ceintures, posées, l’une autour du thorax et l’autre autour de l’abdomen (Fig. 12). Elles sont équipées d’une jauge de contrainte. Leur principe repose sur la modification de la résistance électrique provoquée par leur élongation lors de l’inspiration. Le signal obtenu de variation de résistance est transformé en variation de tension. Cette transformation permet d’obtenir des courbes qui reflètent les modifications de la dimension de la cage thoracique et de l’abdomen à chaque cycle respiratoire.

L’inconvénient principal provient de la diversité de corpulence des patients. En effet, chez certains patients, les mouvements thoraco-abdominaux sont à peine visibles. De plus, une sangle mal serrée ou qui se relâche pendant la nuit peut provoquer une perte de signal. Cette méthode reste cependant la référence en routine clinique.

Cette mesure dépend essentiellement de la stabilité des capteurs. Cette stabilité peut être affectée par le comportement du patient : il peut bouger ou tirer sur les capteurs. L’analyse du comportement est donc primordiale pour l’interprétation des autres signaux polygraphiques.

Analyse de l'hématose : L'hématose est la transformation du sang veineux (pauvre en oxygène, riche en gaz carbonique)

en sang artérialisé (enrichi en oxygène) au niveau des poumons. L’oxymétrie transcutanée permet de quantifier la saturation en oxygène du sang artériel. Elle est

mesurée grâce à un oxymètre de pouls (dispositif non-invasif) formé par une pince digitale positionnée au bout du doigt (Fig. 12). Le principe de l’oxymètre repose sur le spectre d’absorption de l’oxyhémoglobine (hémoglobine liée à l’O2) qui est différent de celui de l’hémoglobine. L’oxymètre émet un faisceau lumineux (émet dans le rouge et l’infrarouge). Ce faisceau traverse le doigt et gagne l’autre côté du capteur (Fig. 13). L’absorption spécifique de l’hémoglobine et de l’oxyhémoglobine permet de déterminer le pourcentage d’hémoglobine libre et d’hémoglobine liée à l’O2. On peut par conséquent estimer la saturation du sang en oxygène : SaO2.

L’oxymètre permet en outre d’enregistrer la fréquence du pouls en battements par minute.


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Fig. 13 : Schéma d’un oxymètre de pouls.

Autres variables (analyse de la position et des mouvements) : Au cours d’une nuit, les changements de position ou les mouvements du patient peuvent aider à

décider si un signal est artéfacté ou non. De plus, certains évènements respiratoires tels que les apnées sont plus fréquents en position dorsale.

La position du patient est enregistrée par un capteur de position et indique la position du patient selon qu’il est couché sur le dos, sur le ventre, sur le côté gauche ou droit. Elle est mesurée grâce à un capteur de position placé sur le thorax ou l'abdomen (Fig. 12). Les changements de position du patient peuvent expliquer les artéfacts apparaissant sur les courbes d’efforts inspiratoires. Puisqu’un changement de position peut induire un micro-éveil, enregistrer la position du patient permet également de différencier un micro-éveil d’origine comportemental d’un micro-éveil d’origine respiratoire dû à des apnées par exemple.

Le capteur de position est très simple. Il s’agit d’une demi-sphère contenant une bille. Lorsque le patient se tourne sur un côté, la bille touche la paroi du capteur et un signal de changement de position est envoyé au boitier.

Les mouvements du patient sont enregistrés grâce à un actimètre (Fig. 12). Ce capteur, de la

taille d’une montre, se place sur le poignet et détecte les mouvements grâce à une cellule piézoélectrique sensible à l’accélération. Il stocke ensuite les informations sur la mémoire du boîtier d'enregistrement. Ces mouvements peuvent traduire des éveils.

Cette technique d'enregistrement est peu contraignante et est le fruit d'évolutions technologiques

récentes. Elles ont permis d'apporter des informations suffisamment précises et de bonne qualité. En effet, auparavant, le clinicien devait choisir entre des informations précises, au détriment du sommeil du patient (l’enregistrement n’est alors plus représentatif des habitudes du patient) ; ou un sommeil le moins perturbé possible, mais des informations trop limitées.

La technologie de l'EPS vue par le patient : J'ai proposé un questionnaire pour les patients venant pour un enregistrement du sommeil.

Treize patients ont répondu : 62% de femmes, 38% d'hommes. Les résultats sont les suivants : Dans la plupart des cas, les patients ne sont pas eux-mêmes demandeurs de cet examen. En effet,

seuls 38% le sont (par l'intermédiaire de leur médecin traitant). Cependant, 100% des patients comprennent sa prescription (bilan pré-opératoire, fatigue diurne, ronflements excessifs).


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L'utilisation de l'appareil a été simple pour tous les patients. La plupart du temps, les explications du corps médical à la remise du dispositif sont qualifiées d'excellentes (à 77%). Sinon elles sont suffisantes (pour 15% des patients) ou de bonne qualité (7%).

L'appareil a perturbé le sommeil de 85% des patients. Ils se plaignent notamment de l'encombrement de l'appareil (la liaison capteurs-boîtier gêne les mouvements) et des lunettes nasales. En général, les patients (70%) se sont réveillés plus de fois lors de l'enregistrement que lors d'une nuit normale.

3) Exploration fonctionnelle à l’exercice

Protocole :

L'examen commence toujours par un interrogatoire médical, réalisé par le Docteur Tardif ou l'interne. Il a notamment pour but de saisir le contexte médical dans lequel l'exercice va se dérouler. Il s'agit donc de rappeler les points importants du dossier médical (que les médecins peuvent consulter si besoin), les médicaments pris quotidiennement et d'évaluer le handicap de la dyspnée dans la vie de tous les jours. C'est à ce moment que l'examen est expliqué au patient, qui doit comprendre son intérêt afin d'être fait de manière optimale. Le médecin s'assure en outre que le patient n'est pas à jeun.

Ensuite le patient peut s'installer sur la bicyclette. Il est torse nu afin de pouvoir recevoir les

électrodes pour la réalisation d'un électrocardiogramme (ECG). On prend sa tension et un examen clinique cardiaque et respiratoire est effectué par le médecin (pour éliminer une contre-indication à l'effort et apprécier les conditions de base). Le patient doit porter un oxymètre de pouls afin de contrôler pendant toute la durée de l'exercice la saturation de son hémoglobine.

Dans le cas d'exercice à charge croissante, le technicien et le médecin font une estimation de la

puissance maximale qu'il sera possible d'atteindre et programment des incréments de charge (paliers de puissance, mesurée en watts). L'épreuve peut alors commencer. Le patient pédale à une vitesse constante mais un frein progressif est appliqué, rendant l'effort de plus en plus important. Le but du patient est de fournir un effort maximal et aller jusqu'au bout de ses possibilités. Une fois ce point atteint, une phase de récupération est effectuée. A la fin de l'exercice, le patient doit donner un score, à l'aide de l'échelle de Borg (Fig. 21), pour évaluer sa dyspnée et la fatigue de ses jambes.

Douleur : 0 pas du tout 0,5 juste perceptible 1 très très peu 2 peu 3 moyen 4 peu sévère 5 sévère 6 7 très sévère 8 9 très très sévère 10 douleur la plus intense que l'on peut imaginer

Fig. 21 : Échelle de Borg


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Paramètres contrôlés pendant l'effort :

Il s'agit notamment de l'oxymétrie et de l'ECG. L'oxymétrie permet de surveiller l'hématose grâce à un oxymètre de pouls. Son fonctionnement

a été décrit précédemment. L'ECG quant à lui permet de surveiller l'activité électrique du cœur. L'enregistrement commence

avant que le patient démarre l'exercice dans le but de voir l'activité de repos. L'ECG est réalisée de manière non-invasive ; il consiste à coller des électrodes sur la peau : 4 dans le dos à la racine de chaque membre, 4 sous la poitrine du côté gauche, et 2 en haut du sternum. En général, l'électrocardiographe utilisé en épreuve d'effort est muni de fonctionnalités particulières qui permettent l'amélioration du signal électrique. En effet, l'ECG d'un sujet en exercice contient de nombreux artéfacts dûs à la mobilisation du patient, à la grande amplitude respiratoire et à des problèmes d'adhérence des électrodes (sueur). Il s'agit notamment d'algorithmes permettant le redressement de la ligne isoélectrique (évite l'aspect en vague), de moyennage sur quelques cycles successifs afin de diminuer le bruit.

D'autres paramètres sont mesurés pour permettre l'interprétation de l'examen et pouvoir ainsi

poser un diagnostic par exemple. Pour cela, on utilise notamment la spirométrie. Elle est faite d'abord au repos (évalue l'obstruction du sujet et permet le calcul de la ventilation maximale théorique) puis pendant l'exercice.

Grandeurs mesurées

Il est pour cela nécessaire d'avoir des capteurs de débit et des analyseurs de gaz. On peut alors obtenir le volume courant (VT), la fréquence respiratoire (fr), la fraction inspirée d'oxygène (FiO2), la fraction inspirée de gaz carbonique (FiCO2), la fraction expirée d'oxygène (FeO2) et la fraction expirée de gaz carbonique (FeCO2).

Grandeurs calculées

Avec la mesure des grandeurs précédentes, le système informatique calcule d'autres paramètres. VT et fr permettent le calcul de la ventilation minute (V'E). Connaissant Ve et les fractions inspirées et expirées en O2 et CO2, on peut calculer la consommation d'oxygène (V'O2), la production de gaz carbonique (V'CO2), le quotient respiratoire (QR), les équivalents respiratoires.

Interprétation des paramètres : La V'O2 max : mesure la quantité d'oxygène qu'un sujet peut consommer en 1 minute. En

pratique, on mesure sa valeur limitée par les symptômes (V'O2 pic). Pour un sujet en bonne santé, V'O2 pic est très proche de V'O2 max. La valeur obtenue est comparée à la valeur prédite, qui est fonction de l'âge, du sexe et du poids du patient.

Le seuil ventilatoire : niveau d'effort au delà duquel les besoins corporels en énergie ne sont plus satisfaits complètement par la respiration. La conséquence est une accumulation d'acide lactique qui augmente la production de CO2. Cela se traduit par un accroissement de la ventilation minute, et donc augmente la quantité d'O2. Sa mesure est indirecte : le seuil ventilatoire est représenté par la cassure de la courbe V'O2 / V'CO2 (due à l'augmentation de V'CO2).

La réserve ventilatoire : représente la réserve de ventilation en fin d'effort maximal, par rapport à une valeur théorique. Cet indice est réduit pour les troubles obstructifs et restrictifs.

La SaO2 : une baisse de 4% par rapport à la valeur de repos est considérée comme pathologique. L'équivalent respiratoire pour le CO2 (ERCO2) : exprime le nombre de litres d'air nécessaires à

l'élimination d'un litre de CO2. ERCO2 = V'E/V'CO2 Cet équivalent respiratoire est augmenté si l'espace mort est augmenté.

Le rapport VD/VT = espace mort / volume courant. Il vaut 1/3 au repos et 1/5 à l'exercice, voire moins (cette diminution est dûe à l'augmentation du volume courant). Si ce rapport ne diminue pas à


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l'effort, cela traduit un trouble du rapport ventilation/perfusion. C'est le cas lors de troubles ventilatoires, obstructifs ou restrictifs.

La mesure de la dyspnée : très subjective (mais nécessaire), elle est évaluée grâce à l'échelle de Borg.

La réserve cardiaque : potentiel d'accroissement pendant l'effort. Caractéristiques de l'EFX d'un patient ayant une BPCO [16] :

- VO2 pic basse - réserve ventilatoire épuisée - VD/VT élevé - seuil ventilatoire bas - bonne réserve cardiaque.

IV. Exemples d'EFX dans une situation particulière

EFX et assistance circulatoire Contexte : visite d'un patient possédant une assistance circulatoire mécanique pour une EFX. Ce patient est en attente d'une transplantation cardiaque. Après un infarctus sévère au mois de Septembre 2008, le patient a développé une insuffisance cardiaque. Il a donc dû être appareillé. Équipement d'assistance circulatoire mécanique : HeartMate II. C’est un équipement d’assistance ventriculaire gauche. Il permet de pallier à l'insuffisance cardiaque, conséquence de l’infarctus. Un cathéter introduit à la pointe du cœur (ventricule gauche) est relié à un boîtier placé dans la cavité abdominale qui joue le rôle de pompe grâce à une turbine et expédie le sang par un cathéter abouché à l’aorte. La turbine est gérée par un programmateur et alimentée par une batterie externes. La connexion se fait par deux câbles traversant la paroi abdominale. L'autonomie de la batterie est d’environ 4 heures, mais elle peut être diminuée en cas d’effort physique. But de sa visite : mesure de la tolérance à l’effort, dans l’objectif de la transplantation. En effet, certains paramètres peuvent modifier le classement sur la liste d’attente de greffes. Le V'O2 notamment (= débit d’oxygène = consommation d’oxygène par minute) :

− si V'O2 < 14 ml/min/kg : inscription du patient sur liste d’attente, si ce n’est pas encore fait − si V'O2 < 10 ml/min/kg : le patient remonte en tête de liste car c’est le signe que la

transplantation est une urgence vitale. En effet, une VO2 basse ne permet pas une activité musculaire normale. Cela peut-être dû à un bas débit cardiaque, ce qui est le cas de ce patient, qui entraîne une mauvaise perfusion périphérique (capillaires musculaires, …). J'ai donc trouvé intéressant de comparer les performances à l'exercice des patients appareillés et des patients transplantés. En effet la transplantation est un traitement ultime dont peu de patients peuvent bénéficier, en raison d'un nombre de donneurs faible. On peut donc se demander si l'assistance circulatoire mécanique de longue durée peut constituer une alternative à la transplantation.

IV. Exemple d'EFX dans une situation particulière

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Le but de l'appareillage est le maintien d'une performance à l'exercice en adéquation avec les activités de la vie de tous les jours, une vie qui reste cependant très sédentaire. Afin d'établir cette comparaison, je me suis appuyée sur les résultats de l'étude "Exercise performance in patients with end-stage heart failure after implantation of a left ventricular assist device and after heart transplantation" (performances à l'exercice chez des patients au stade terminal de l'insuffisance cardiaque après implantation d'un dispositif d'assistance ventriculaire gauche et après transplantation cardiaque). Cette étude a été publiée dans le Journal of the American College of Cardiology [18]. L'étude montre que les capacités d'exercice des patients appareillés et des patients transplantés sont comparables. Dans les deux cas, un programme intensif de réhabilitation à l'exercice permet, à terme, d'améliorer significativement les capacités physiques, de manière à ce qu'elles soient compatibles avec les activités de la vie quotidienne. De plus, l'appareillage permettrait d'obtenir des résultats de qualité plus précocément que la transplantation. Ainsi, d'un point de vue récupération physique, l'appareillage semble constituer une bonne alternative à la transplantation. Cette étude comparative comporte cependant des limites qu'il est nécessaire de préciser : le taux de mortalité et de morbidité n'est pas négligeable ; le nombre de patients pour former la population d'une telle étude est assez limité ; les patients appareillés participant à l'étude sont plus jeunes que les patients qui ont été transplantés. Cette étude apporte en outre quelques renseignements sur l'utilité d'appareiller les patients avant une transplantation. La conclusion est qu'il n'y a pas de différence significative, 1 an après transplantation, entre les capacités des patients ayant été appareillés et ceux qui n'ont pas eu d'appareillage. En revanche, il est précisé que la présence antérieure d'appareillage complique la procédure de transplantation. Il faut bien sûr ajouter que le patient serait extrêmement dépendant d'un technologie sophistiquée de part l'autonomie des batteries et que le risque de coagulation est très important menaçant le pronostic vital et nécessitant un traitement anti-coagulant très lourd. Appareillage d'assistance circulatoire et réhabilitation à l'exercice : Durant les 2 semaines suivant l'implantation de l'appareil, le but de l'entraînement est d'habituer le patient à l'exercice. L'entraînement peut s'effectuer sur différents ergomètres tels que la bicyclette, le tapis de marche ou le rameur. Il est nécessaire d'ajuster régulièrement la durée et l'intensité de l'entraînement. La durée est par exemple augmentée graduellement de 20 à 40 minutes d'exercice, 3 fois par semaine ; on peut noter qu'une dyspnée n'est observée qu'exceptionnellement. Procédure de l’EFX : la procédure habituelle (décrite précédemment) a été respectée mais il a fallu prendre des précautions supplémentaires. En effet, la durée de cet examen est estimée à 1 heure : il a donc fallu que le patient procède à un échange de batteries. Ce système a imposé de faire l'épreuve sur bicyclette ; habituellement le protocole utilisé pour les patients insuffisants cardiaques se fait sur tapis roulant. De plus, une fois le patient installé sur la bicyclette, un problème s’est posé vis-à-vis de l’encombrement de son HeartMate. On a donc dû mettre un dispositif en place pour garder le programmateur et les batteries à proximité du patient.

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Conclusion

Au cours de ce stage, j'ai suivi les activités d'un service médico-technique qui effectue des

mesures chez l'homme concernant la fonction respiratoire. Les patients, de tout âge, arrivent dans le service dans des conditions de santé très diverses ;

certains sont des consultants ambulatoires tout à fait autonomes, et à l'extrême d'autres sont des patients hospitalisés qui peuvent venir en fauteuil roulant d'un secteur de soins intensifs.

Toutes les mesures chez ces sujets sont des mesures physiques, qui presque toutes nécessitent la

coopération du patient (ils doivent réaliser des manœuvres particulières), du matériel sophistiqué, et du personnel ayant des compétences spécialisées. Des procédures d'hygiène sont également requises. Les capteurs sont multiples, ils nécessitent entretiens et étalonnages quotidiens ou pluri-quotidiens. Ce sont des capteurs de pression piézorésistifs, des pneumotachographes, des oxymètres, des sangles thoraco-abdominales, des actimètres, des analyseurs de gaz, un pléthysmographe, … Il faut également des logiciels spécialisés afin de pouvoir calculer des paramètres à partir des mesures réalisées. Ils ont, en outre, pour fonction le traçage de courbes (en temps réel) pour aider les médecins et techniciens à valider ou non les mesures. Cette validité des mesures dépend souvent de la coopération des malades.

Ces mesures sont indispensables ; dans le cas des deux maladies prises en exemples broncho-

pneumopathie chronique obstructive et syndrome d'apnées du sommeil, elles font partie de la définition de la maladie (mesure du VEMS et du rapport VEMS/CV pour la BPCO et IAH pour le SAS) et permettent ainsi la prise en charge thérapeutique.

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Glossaire BPCO : broncho-pneumopathie chronique obstructive CI : capacité inspiratoire CPT : capacité pulmonaire totale CRF : capacité résiduelle fonctionnelle CV : capacité vitale Dyspnée : essoufflement EFR : exploration fonctionnelle respiratoire EFX : exploration fonctionnelle à l’exercice EPS : enregistrement polygraphique du sommeil Espace mort : volume de gaz inspiré qui ne participe pas aux échanges

- espace mort anatomique : gaz qui se trouve dans les voies aériennes de conduction (voies aériennes supérieures et trachée)

- espace mort alvéolaire : gaz qui se trouve dans une alvéole qui n'est pas perfusée (ne reçoit pas de capillaire sanguin) GDS : gaz du sang = gazométrie Rapport de Tiffeneau : RT = VEMS / CV SaO2 : saturation du sang artériel en oxygène SAS : syndrome d’apnées du sommeil VEMS : volume expiré maximal en 1 seconde VR : volume résiduel VRE volume de réserve expiratoire VRI : volume de réserve inspiratoire VT : volume courant

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Bibliographie [1] : http://www.docteurclic.com/encyclopedie/bronchopneumopathie_chronique_obstructive_generali

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