Mesure des volumes pulmonaires statiques. Pléthysmographieintroduction

En 1956, Dubois et al. on décrit une pléthysmographie du corps entier basée sur la loi de Boyle, selon laquelle le volume (V) d’un gaz à température constante varie en proportion inverse de la pression (P) à laquelle il est soumis, P×V restant constant.1,2

Alors que la spirométrie3 est la méthode la plus couramment utilisée pour évaluer la fonction pulmonaire en pratique clinique, il est parfois nécessaire de mesurer le volume d’air que les poumons ne peuvent pas déplacer (volumes pulmonaires statiques). Ainsi, la pléthysmographie reste une technique essentielle dans l’évaluation de la fonction pulmonaire. Il mesure plusieurs volumes de gaz, tels que le volume de gaz intrathoracique (TGV) ou la capacité résiduelle fonctionnelle (FRC), le volume résiduel (RV) et la capacité pulmonaire totale (TLC).4,5 L’addition de deux volumes pulmonaires ou plus constitue une capacité pulmonaire (tableau 1). Cette technique mesure également la résistance totale des voies respiratoires (RawTOT), la résistance spécifique des voies respiratoires (sRaw), la conductance des voies respiratoires (Gaw) et la conductance spécifique des voies respiratoires (sGaw).

Contrairement à d’autres techniques comme le lavage à l’azote ou la dilution à l’hélium qui sous-estiment le FRC car elles ne mesurent pas mal ventilées ou non ventilées espaces (bulles), la pléthysmographie mesure le volume complet du gaz intrathoracique.

Il existe trois types de pléthysmographes, et celui qui est le plus utilisé est le pléthysmographe à volume constant.4

Équipement

Il doit inclure:

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  Chambre étanche à l’air (2 modèles: enfants plus âgés/ adultes; nourrissons).

• –

  Pneumotachographe. Il doit répondre aux normes pour les dispositifs spirométriques (ATS/ERS 20056): capable de mesurer des volumes de 0,5 à 8,00 L avec une précision de ±3% étalonnés avec une seringue de 3,00L, des débits compris entre 0 et 14L/s, et d’enregistrer des durées d’au moins 30s.

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  Vanne d’obturation et transducteur de pression pour mesurer les changements de pression au niveau de la bouche. Le capteur de pression doit avoir une sensibilité supérieure à 50 cm H2O et une réponse en fréquence plate supérieure à 8 Hz. Cela dépend de la fréquence de respiration pendant la manœuvre TGV, qui ne doit pas être supérieure à 1,5 Hz.

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  Transducteur de pression à l’intérieur de la chambre de pléthysmographie (pléthysmographes à pression variable à volume constant). Il mesure la pression à l’intérieur de la chambre. Dans certains systèmes, un autre pneumotachographe est placé sur la paroi du pléthysmographe pour mesurer les variations de volume à l’intérieur de la chambre (pléthysmographes à volume variable à pression constante). Elle doit être précise à ±0,2 cm H2O.

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  Ordinateur, imprimante et station météo (selon l’équipement).

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  Embouts avec filtres en ligne jetables efficaces à 99% pour filtrer les virus, les bactéries et les mycobactéries; espace mort inférieur à 100mL et résistance inférieure à 1,5 cm H2O à un débit de 6L/s.

Étalonnage

Les débitmètres doivent être étalonnés selon le protocole établi par le fabricant et en respectant les normes de spirométrie ATS/ERS 2005.3 Les pléthysmographes ont généralement des systèmes d’étalonnage automatiques (joint de chambre et alignement du transducteur).

Procédure de manœuvre de pléthysmographie

Il est important d’enregistrer l’âge (années), le poids (kg), l’origine ethnique et la taille (cm) du patient. Si le patient a des difficultés à se tenir debout (malformations thoraciques ou neuromusculaires), l’envergure du bras peut être utilisée à la place de la hauteur. Le patient reçoit des informations détaillées sur le test (tableaux 2 et 3). La porte de la chambre est fermée, laissant 1min s’écouler avant de commencer pour que la température se stabilise. Le patient est invité à respirer par l’embout buccal, en soutenant ses joues dans les deux mains, en petits volumes et à un rythme de 20 à 60 respirations par minute (0,5 à 1 Hz). Un ensemble d’environ 10 respirations de marée doit être enregistré, en cherchant à atteindre un niveau de FRC stable (variations

100mL).

À ce stade, l’obturateur est fermé à la fin d’une expiration (durée d’occlusion, 2–3s) et le patient continue de respirer en tenant ses joues pour éviter les fuites. Lorsque l’obturateur est rouvert, le patient doit prendre deux ou trois respirations de marée suivies de la manœuvre de capacité vitale lente, qui commence par une inspiration maximale pour obtenir la capacité inspiratoire (IC), suivie d’une expiration maximale (pour mesurer la capacité vitale lente) puis d’une inspiration maximale (Fig. 1). Si la manœuvre échoue, le technicien doit expliquer et démontrer la procédure de test au patient une fois de plus.

Une autre procédure standardisée, bien que moins utilisée en raison de sa difficulté technique, consiste à faire expirer le patient au volume résiduel après occlusion, suivie d’une inspiration maximale à TLC puis d’une lente manœuvre de spirométrie.

Évaluation des performances et de la qualité de la pléthysmographie Critères de qualité des tests

Un ensemble de trois à cinq manœuvres TGV-VC techniquement satisfaisantes doit être obtenu. Les courbes doivent être presque rectilignes et superposables les unes aux autres, et se situer dans les plages d’étalonnage de pression des transducteurs (±10 cm H2O ou 1,3 kPa).

Critères d’acceptabilité

Les manœuvres de pléthysmographie individuelles (TGV-VC) sont acceptables si :

• –

  La respiration de marée présente un FRC stable (au moins 4 respirations de marée qui s’accordent dans les 100 ml). Ceci est corroboré par les graphiques (fig. 1 et 2).

  

  Figure 1.

  Détermination du volume pulmonaire par pléthysmographie. Représentation graphique des résultats (pléthysmographie Jaeger, Fusion des Soins).

  (0,24 Mo).

  

  Figure 2.

  Volumes et capacités pulmonaires.

  (0,1 Mo).
• –

  La différence de volume (ΔV) entre le niveau de FRC et le niveau d’occlusion est inférieure à 200 ml.

• –

  La fréquence de respiration pendant la fermeture de l’obturateur varie entre 30 et 60 respirations par minute.

i–-

Le tracé du pléthysmographe montre 3 à 5 manœuvres TGV.

• –

  Les boucles TGV ont des motifs cohérents, sont exemptes d’artefacts et présentent une hystérésis minimale entre l’inspiration et l’expiration.

i–-

Les deux extrémités de la courbe peuvent être observées.

i–-

La pente de la ligne de mesure doit être parallèle à la boucle TGV.

i–-

La mesure de la CV est acceptable par rapport aux valeurs de volume de réserve expiratoire ou IC les plus élevées, doit atteindre un plateau d’au moins 1 seconde de durée avec des changements de volume expiratoire inférieurs à 25 ml, et doit être supérieure ou égale à la plus grande valeur de CVF obtenue lors de la spirométrie forcée précédemment effectuée.

Critères de répétabilité

En pléthysmographie, ces critères ne doivent être appliqués que pour décider s’il est nécessaire d’effectuer plus de trois manœuvres acceptables (un minimum de trois manœuvres acceptables et un maximum de huit manœuvres doivent être effectuées). Les critères ne doivent pas être utilisés pour exclure les résultats des rapports ou les sujets d’une étude.

L’ATS/ERS 20056 exige : (a) que les trois manœuvres de FRCpleth acceptables s’accordent à moins de 5 %, et (b) que la différence entre les deux valeurs les plus importantes des mesures de CV répétées soit inférieure à 150 ml.

Contrôle de la qualité

Les étalonnages de la chambre et du volume doivent être effectués exactement comme indiqué par le fabricant. Un test de contrôle biologique (non fumeur en bonne santé) doit être effectué au moins une fois par mois et chaque fois qu’une erreur est suspectée, mesurer le TGV, le RV et le CCM. Des valeurs qui diffèrent de plus de 10% pour le FRC et le TLC ou de plus de 20% pour le VR par rapport aux mesures précédentes sur le même sujet suggèrent des erreurs.

Indications

L’indication principale est le diagnostic et la caractérisation de schémas ventilatoires restrictifs (évaluation de la gravité de la maladie, de l’évolution de la maladie et de la réponse au traitement).

Il peut également être utilisé pour évaluer la gravité de la restriction dans les maladies avec un schéma ventilatoire mixte, et pour la détection précoce des compartiments de gaz piégés non ventilés et des limitations du débit d’air. Il permet la mesure des compartiments d’air non ventilés (en soustrayant le FRC mesuré par pléthysmographie du FRC mesuré par dilution d’hélium) et l’évaluation des risques pour la chirurgie (par exemple, pour une pneumonectomie). Il peut être effectué avec succès à partir de 6 ans.

Résultats et valeurs de référence

Tout d’abord, l’acceptabilité et la répétabilité de l’essai doivent être évaluées. Les résultats rapportés une fois que l’essai est jugé acceptable sont le TGV (la moyenne d’au moins trois manœuvres TGV qui concordent à moins de 5%), le CV (la valeur la plus élevée dans un minimum de 3 manœuvres avec des valeurs concordantes à moins de 5%), le TLC (somme du TGV et de la valeur IC la plus élevée), le RV et le rapport RV/TLC.

Par la suite, les courbes de résistance et TGV sont analysées, en vérifiant que les boucles ont une forme fermée (ou, si elles ne le sont pas, en évaluant les pathologies sous-jacentes potentielles), leur angle, leur pente, etc. Chaque manœuvre est également analysée séparément pour évaluer les volumes pulmonaires; le volume courant doit rester stable pendant le test, avec un volume de niveau expiratoire final stable (EELV), une occlusion correcte et une exécution correcte de la manœuvre consistant en une inspiration suivie d’une expiration maximale.

Les résultats sont présentés sous forme de valeurs absolues (l) à la température corporelle et à la pression barométrique aux conditions de saturation en vapeur d’eau (BTP), arrondies à deux décimales; sous forme de valeurs relatives (pourcentage par rapport à la valeur de référence ou théorique); et sous forme de scores z (distance par rapport à la valeur prévue en écarts types). Actuellement, les limites supérieure et inférieure de la normale (LLN) (2,5e et 97,5e percentiles) sont calculées et les valeurs mesurées sont considérées comme cliniquement significatives si elles sont en dehors de ces limites.

Il existe peu de données de référence pour le groupe d’âge pédiatrique.7 Les références les plus anciennes sont celles fournies par Zapletal8 et les plus récentes par Rosenthal.9 Plusieurs études ont mis en évidence la nécessité de mettre à jour ces valeurs de référence pour inclure les enfants de moins de 6 ans et d’ascendance non caucasienne, car l’ethnicité affecte le volume pulmonaire et les équations dérivées des deux études étaient basées sur des données pour les enfants blancs en bonne santé. Les Africains ont des volumes pulmonaires plus petits, probablement parce que leurs membres sont longs et leurs troncs courts. Il a également été noté que les équations précédentes ont été dérivées de manœuvres haletantes, de sorte qu’elles ont tendance à surestimer les valeurs de FRC, ce qui a un impact moindre sur la détermination de la RV et de la CCM.

Interprétation des résultats

Les recommandations de l’ATS/ERS pour l’interprétation des tests de la fonction pulmonaire10 définissent les anomalies restrictives comme des réductions de la CV et de la CCM en dessous de la LLN, en appliquant les valeurs de référence publiées dans la littérature.7 Lorsque des valeurs relatives sont utilisées, la CCM, la CCR et la RV sont considérées comme normales lorsqu’elles se situent entre 80% et 120% de la valeur prédite, et considérées comme pathologiques lorsque la CCM est inférieure à 80%, le modèle restrictif étant catégorisé en fonction de ce pourcentage en légère (70-80%), modérée (60-69%) ou sévère (10 classent également les modèles avec une CV réduite, un rapport FEV1 / CV normal et une CCM normale comme obstruction, bien que cet algorithme ait été contesté, et les modèles où la CCR, la RV et La CCM est supérieure à 120% et le rapport RV / CCM est supérieur à 20-35% en tant qu’hyperinflation (lorsque la CCM est normale, le le motif suggère un piégeage de l’air). Dans le groupe d’âge pédiatrique, les paramètres variables doivent être interprétés avec prudence, tels que le rapport RV / CCM (pourcentage de la CCM occupé par un gaz qui ne peut pas être expiré, le RV). Cette variabilité résulte des modifications des caractéristiques des voies respiratoires qui se produisent pendant la croissance, telles que la forme et la taille de la cage thoracique et la fonction du muscle respiratoire. De plus, l’augmentation rapide de la hauteur qui se produit à l’adolescence n’est pas proportionnelle à l’augmentation des dimensions du thorax ou aux modifications de la mécanique respiratoire.

Mesure des résistances spécifiques des voies respiratoires

La résistance des voies respiratoires est définie comme la relation entre le flux d’air dans les voies respiratoires et la pression requise pour générer ce flux. La valeur RawTOT comprend la résistance produite par la paroi thoracique, le tissu pulmonaire et les voies respiratoires. La résistance spécifique des voies respiratoires (sRaw) est le produit de la résistance des voies respiratoires et du FRC.6

Méthodologie et critères de qualité

Exprimer les résultats comme la résistance spécifique (sRaw = Raw×TGV) ou sa réciproque (sGaw = 1/sRaw) peut être avantageux en cas de mauvaise transmission de la pression alvéolaire, car le TGV est surestimé dans la même proportion que le Brut est sous-estimé.11

La relation entre les changements de pression dans la chambre (proportionnels aux changements de pression alvéolaire et de débit d’air) peut être mesurée lorsque l’obturateur est ouvert. Cette relation (ΔPbox/V) peut être représentée graphiquement sous la forme d’un S. Une fois l’obturateur fermé, la relation entre les variations de la pression de la chambre et de la pression de la bouche est calculée. Lorsque le test est effectué, le technicien surveille l’affichage en temps réel. Étant donné que la mesure de Raw implique des flux inspiratoires et expiratoires, l’affichage permet le calcul des résistances inspiratoires et expiratoires, qui sont les mêmes chez les individus en bonne santé, mais peuvent différer chez les patients présentant une obstruction.12

La chambre et le pneumotachographe du pléthysmographe doivent être étalonnés quotidiennement. Les paramètres obtenus doivent être ajustés dans des conditions BTPS. La manœuvre peut être effectuée à volume courant à l’aide d’un sac de recyclage chauffé, considéré comme l’étalon-or, ou automatiquement par compensation électronique.13

Les courbes débit-pression sont affichées en temps réel sur l’écran de l’ordinateur, ce qui permet au technicien d’éliminer les courbes comportant des artefacts. Les courbes doivent avoir une taille et une forme similaires, être parallèles et être proches du débit zéro. La tangente sélectionnée automatiquement par le système informatique doit être utilisée.

Pour garantir la reproductibilité de la technique, au moins 3 mesures de FRC doivent être acquises qui concordent dans les 5%, et la médiane de trois séries techniquement acceptables de 10 respirations doit être rapportée. Les courbes d’un maximum de respirations doivent être obtenues pour le sRaw, idéalement entre trois et cinq séries de cinq à dix respirations, selon le logiciel utilisé.14,15

Interprétation des résultats

Le sRaw est un paramètre de l’obstruction des voies respiratoires. La forme de la courbe fournit des informations sur l’emplacement de l’obstruction.15 Si le patient présente une obstruction expiratoire, la courbe prend la forme d’un club de golf (fig. 3 et 4). Une forme en « S cursif » signale une légère obstruction diffuse; une résistance inspiratoire accrue indique une obstruction extrathoracique; une résistance expiratoire accrue indique une maladie pulmonaire obstructive chronique; et l’augmentation des deux résistances indique une obstruction trachéale. Dans la maladie pulmonaire obstructive généralisée, il y a une augmentation des valeurs de sRaw, de FRC et de RV accompagnée d’un débit de marée réduit.6 Les modifications de la CCM peuvent être très légères dans les anomalies mixtes, de sorte que la mesure de la capacité de diffusion du monoxyde de carbone est utile chez ces patients.12


Figure 3.
De gauche à droite, schéma normal, schéma restrictif, piégeage de l’air et hyperinflation.
(0,07Mo).

Figure 4.
Determination of lung resistances and volumes by means of plethysmography. Positive post-bronchodilator test: decreased specific resistance (−51%) and increased specific conductance (+105%).
(0.19MB).

Récemment, il a été rapporté qu’une réduction de 42% par rapport à l’inclusion dans le sRaw est statistiquement significative pour évaluer la réponse aux bronchodilatateurs, avec une sensibilité de 55% et une spécificité de 77%.16 De plus, le sGaw est très sensible aux changements de calibre des voies respiratoires, et une augmentation de 40 à 56% a été établie comme point de coupure pour une réponse positive, 6, 17, 18 bien que le sGaw ait une spécificité inférieure à celle du FEV1. De plus, une augmentation de deux fois la valeur de base du sRaw est considérée comme une réponse positive au test de défi bronchique, tout comme une diminution de 35 à 40% du sGaw.8

Indications et application clinique

Le sRaw est le produit de la résistance des voies respiratoires par le FRC.19 À mesure que les enfants grandissent, les résistances diminuent et les volumes augmentent, mais la résistance spécifique reste stable quels que soient l’âge, le sexe et la taille. C’est un paramètre sensible et reproductible pour la discrimination entre la normalité et la maladie, et facilite également l’interprétation longitudinale de différentes mesures chez un seul individu.20-23 Il existe des preuves de son utilité dans le suivi clinique de la fibrose kystique et de l’asthme24, ainsi que dans le diagnostic de l’asthme.25 Chez les enfants atteints de mucoviscidose, le sRaw est plus sensible que les résistances mesurées avec la technique de l’interrupteur ou l’oscillométrie impulsionnelle.19

Certains auteurs ont noté son utilité pour le suivi de la réponse au traitement des enfants asthmatiques.26,27 Il s’est également avéré utile dans l’évaluation de la réversibilité bronchodilatatrice et de l’hyperréactivité bronchique.16

Le sGaw est plus sensible que le sRaw pour détecter l’obstruction centrale, et encore plus sensible que le FEV1 obtenu par spirométrie forcée. Cependant, il est moins reproductible que le sRaw, de sorte qu’un plus grand nombre de mesures doivent être acquises.13 Il peut être plus sensible que le VEF1 dans la détection de la limitation du débit d’air chez les bronchiolites oblitérales, dans lesquelles l’obstruction des voies respiratoires périphériques prédomine, 11, 28 et également chez les patients asthmatiques présentant une obstruction modérée. Il est également plus sensible dans l’évaluation des voies respiratoires supérieures en cas de paralysie ou de dysfonctionnement des cordes vocales.29