Conférence Thématique EFR Nicolas TERZI - MD-PhD Service de Réanimation Médicale – CHU de Grenoble Merci au Dr Prigent (Garches)
Conférence Thématique
EFR
Nicolas TERZI - MD-PhD Service de Réanimation Médicale – CHU de Grenoble
Merci au Dr Prigent (Garches)
Définition des EFR
Ensemble d’examens permettant d’explorer:
le fonctionnement
et l’efficacité de l’appareil respiratoire
Rappels Physiologiques
• Objectif de la respiration :
– maintenir une hématose correcte
– assurer les échanges gazeux entre l’organisme et
l’atmosphère
– permettre le passage de l’O2 vers l’organisme (et du CO2
vers l’atmosphère)
• L’O2 doit :
– être transporté de l’atmosphère vers les alvéoles
(convection)
– passer de l’alvéole vers le sang capillaire (diffusion)
– être transporté des capillaires pulmonaires vers les
capillaires périphériques (convection)
– passer des capillaires vers les tissus (diffusion)
Rappels Physiologiques
alvéole
VO2
VO2 Alvéoles
Bronches
Tissus périphériques
Ventilation Ventilation alvéolaire
Diffusion Alvéolo-capillaire
Transport des gaz par le sang
Consommation d’oxygène
Système respiratoire
Système Cardio-
vasculaire
Respiration - Echanges gazeux
Mitochondries
Sang
Respiration: comment ça marche?
tuyau soufflet
= bronche muscles respiratoires paroi thoracique =
Zone d’échange
terrain de tennis
= zone d’échanges gazeux
Poumon
Débits pulmonaires
Volumes pulmonaires
Force
Diffusion des gaz à travers la barrière
relais
= adéquation entre ventilation alvéolaire et circulation sanguine pulmonaire
transporteur
= sang artériel
Gaz du sang
• Diagnostic du type d’anomalie au cours d’une maladie
respiratoire ou pouvant retentir sur l’appareil respiratoire
• Quantification de la sévérité des anomalies fonctionnelles
afin d’évaluer le pronostic et de guider le traitement
• Evaluation préopératoire pour apprécier le risque de
complications lors d’interventions affectant la fonction
respiratoire
• Surveillance du retentissement respiratoire de diverses
maladies, conditions environnementales ou de traitements
potentiellement toxiques pour l’appareil respiratoire
Rôle des EFR
• Chez un sujet conscient et coopérant
– Ayant mangé sans excès
– Eviter de fumer et de boire de l’alcool 4h avant
– Capable de tenir assis (discutable)
– En état respiratoire stable
– N’ayant pas pris de traitement bronchodilatateur inhalé dans les 4h précédant l’examen
• Durée : 30 à 90 min
Les explorations fonctionnelles: Conditions de réalisation
• Pneumothorax récent
• Hémoptysie récente
• Crise d’asthme ou « décompensation respiratoire» (discutable)
• Tuberculose bacillifère
• NB: les explorations ventilatoires n’ont pas d’intérêt en cas de pneumopathies aiguës. Elles ne sont utiles qu’une fois le patient stabilisé.
Les explorations fonctionelles: Contre-Indications
• Système mécanique: permettant la mobilisation des gaz:
– Volumes pulmonaires
– Débits pulmonaires
• Mécanismes permettant les échanges gazeux:
– Diffusion de la membrane alvéolo-capillaire
– Rapport ventilation/perfusion
– Sang artériel
EFR : Quelles explorations ?
• Système mécanique: permettant la mobilisation des gaz:
– Volumes pulmonaires
– Débits pulmonaires
• Mécanismes permettant les échanges gazeux:
– Diffusion de la membrane alvéolo-capillaire
– Rapport ventilation/perfusion
– Sang artériel
EFR : Quelles explorations ?
• Système mécanique: permettant la mobilisation des gaz:
– Volumes pulmonaires
– Débits pulmonaires
• Mécanismes permettant les échanges gazeux:
– Diffusion de la membrane alvéolo-capillaire
– Rapport ventilation/perfusion
– Sang artériel
EFR : Quelles explorations ?
Spirométrie classique
pression
débit V = (P1-P2). R
• Mesure un débit par un pneumotachographe
• Les volumes sont obtenus par intégration du débit
• Boucle débit volume (richesse des informations)
.
Spirométrie moderne : pneumotachographe
EFR: Les volumes pulmonaires
Volume courant = Vt
Vt
Volume réserve expiratoire
Volume réserve inspiratoire
EFR: Les volumes pulmonaires
EFR: Les volumes pulmonaires
• Volume courant (Vt): volume d’air inspiré et expiré au cours d’un cycle respiratoire « normal »
• Volume réserve inspiratoire (VRI): volume maximal qu’il est possible d’inspirer à partir de la fin d’une inspiration « normale »
• Volume réserve expiratoire (VRE): volume maximal qu’il est possible d’expirer en partant de la fin d’une expiration « normale » (à la CRF)
Diminue en position couchée Diminue ++ dans l’obésité
Vt
VRE
VRI CI
Capacité vitale
EFR: Les volumes pulmonaires
• Capacité inspiratoire (CI): volume maximal qu’il est possible d’inspirer en fin d’une expiration « normale » (à la CRF)
• Capacité vitale (CV): volume obtenu au terme d’une inspiration complète suivie d’une expiration complète. Volume maximal mobilisable.
EFR: Les volumes pulmonaires
Vt
VRE
VRI CI
CV
VR
CRF
Capacité Pulmonaire Totale
EFR: Les volumes pulmonaires
• Volume résiduel (VR): volume restant dans le poumon au terme d’une expiration complète
• Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF): volume d’air contenu dans les poumons et les voies aériennes au terme d’une expiration « normale »
• Capacité pulmonaire totale (CPT): volume d’air contenu dans le poumon au terme d’une inspiration maximale
EFR: Les volumes pulmonaires
Comment les mesurer ?
Vt
VRE
VRI CI
CV
Si je mets un capteur à la bouche: Vt, VRI et VRE
CV = VRI + Vt + VRE
CI = VRI + Vt
Comment les mesurer ?
Volumes mobilisables
Vt
VRE
VRI CI
CV
VR
CRF
CPT
Volumes non mobilisables
Volumes mobilisables
Comment les mesurer ?
Volumes non mobilisables
• Mesure indirecte du VR et de la CRF
• 2 techniques:
– Pléthysmographie corporelle totale
– Dilution des gaz
Comment les mesurer ? Volumes mobilisables
Mesure de la CRF : Méthode de dilution de l’Hélium (système fermé)
V2 ? V1
C1 C2
C1.V1 = C2.(V1+V2)
• Patient enfermé dans un enceinte étanche réalise des manœuvres d’halètement dans un tube fermé par un obturateur. On mesure:
– Les variations de pression dans le tube P
– Les variations de pressions dans la boite d’où on déduit les variations de volume du thorax V
• Si effectué en fin d’expiration normale : volume mesuré est égal à la CRF
Comment les mesurer ? Phlétysmographie corporelle totale
Mesure de la CRF Méthode pléthysmographique
Loi de Boyle-Mariotte :
PV = constante
VGTxPA = (VGT+∆V)x(PA-∆PA)
VGTx ∆PA = (∆VxPA)+(∆Vx∆PA)
• VGT = volume gazeux thoracique
• PA : Pression alvéolaire
=> PA = Pbarométrique – PH2O
• ∆PA = variation de pression à la bouche (∆P)
• Volume gazeux thoracique (VGT) = CRF
• ∆Vx∆PA est considéré négligeable
=> CRF = ∆Vx(Pbarométrique-47 mmHg)/∆P
occlusion à la CRF
∆P
∆V
Manoeuvre d’halètement
VGT
Pléthysmographe volumétrique
• Avantages:
– Rapidité
– Possibilité de répéter les mesures
– Mesure des résistances pulmonaires
• Inconvénients:
– Il faut rentrer dans la boite
– Il faut pouvoir réaliser la technique.
– En cas de syndrome obstructif très sévère, risque de déphasage entre la pression alvéolaire et la pression à la bouche et résultats faussés.
Quelle technique ? Phléthysmographie corporelle totale
• Avantages:
– Permet des mesures assis/couché
– Accessible à des patients handicapés ou à mobilité réduite…
• Inconvénients:
– Zones non ventilées (emphysème) inaccessible: risque de sous-estimation
– Procédure + longue donc peut être difficile à répéter au cours de l’examen (en théorie).
Quelle technique ? Dilution des gaz
• Système mécanique: permettant la mobilisation des gaz:
– Volumes pulmonaires
– Débits pulmonaires
• Mécanismes permettant les échanges gazeux:
– Diffusion de la membrane alvéolo-capillaire
– Rapport ventilation/perfusion
– Sang artériel
EFR : Quelles explorations ?
Technique:
• On demande au patient à partir d’une inspiration maximale
de souffler le plus vite et le plus fort possible à travers le
spiromètre
• Les débits réalisés génèrent des volumes que l’on va pouvoir
également mesurer: volumes dynamiques (CV forcée = CVF)
EFR: Les débits pulmonaires (et les volumes dynamiques)
Temps - Volume
VEMS
1 seconde
VEMS > 75% CV
(L)
(s)
CV
Volume Expiré Maximal en 1 Seconde
Volume - Débit
CPT VR
Dé
bit
(L/
s)
Débit expiratoire de pointe
CV (L)
Expiration forcée: les 2 analyses des débits
• MAIS…
– Les débits pulmonaires dépendent des volumes pulmonaires
– Si le volume pulmonaire est diminué, le débit généré sera plus petit même s’il n’existe pas d’atteinte des bronches
– On étudie donc le rapport entre débit et volume pour juger s’il existe ou pas une anomalie: VEMS/CV ou rapport de Tiffeneau
EFR: Les débits pulmonaires (et les volumes dynamiques)
Rapport de Tiffeneau VEMS/CVL
VEMS/CVL > 75%
Après une inspiration profonde maximale, un sujet jeune bien portant est capable d’expirer pendant la première seconde 80% du gaz qu’il a inspiré
=> VEMS/CVL = 80%
On utilise la CV lente (CVL) car la CV forcée (CVF) est parfois diminuée (phénomènes de piégeage)
Débit expiratoire de pointe DEP: débit maximal au cours d’une expiration forcée Débits expiratoires maximaux DEM: débits expiratoires à un moment donné, exprimés en fonction du volume pulmonaire (25%, 50%, 75%) au moment de la mesure Débit expiratoire médian DEM 25-75: Débit expiratoire moyen en milieu d’expiration forcée
La boucle débit/volume et ses débits notables
• Les variables mesurées au cours des EFR sont exprimées :
‒ En valeur absolue (conditions BTPS) ‒ En pourcentage des valeurs de référence du patient ‒ … et interprétées en fonction du contexte clinique et de la qualité
de l’exécution de l’épreuve
• Les valeurs de référence sont obtenues à partir de larges populations de sujets sains non fumeurs
• Elles varient en fonction :
‒ De l’âge ‒ Du sexe ‒ De la taille ‒ De l’ethnie
Interprétation des EFR
Anomalies des débits
Anomalies des volumes
Syndrome obstructif
Syndrome restrictif
Interprétation des EFR
Anomalies des débits Syndrome obstructif
Syndrome restrictif
Interprétation des EFR
Définition du trouble ventilatoire obstructif
• Diminution du VEMS disproportionnée à la diminution de la CV VEMS/CVF < 70%
ATTENTION à la classique source de confusion: le pourcentage
obtenu correspond bien au rapport (VEMS mesuré/CVF
mesurée) x 100. Il ne s’agit pas d’un pourcentage d’une valeur
normale théorique
• Sévérité sur le VEMS
• Dans la BPCO, classification selon GOLD :
VEMS > 80% : léger
VEMS 50-80% : modéré
VEMS 30-50% : sévère
VEMS < 30% : très sévère
• Définition:
Amélioration 15 min après bronchodilatateurs de VEMS ou CVF de 12% et 200ml
On parle réversibilité complète d’un TVO en cas de normalisation : du rapport VEMS/CVF ( > 0,7) et du VEMS (VEMS > 80 % de la valeur prédite)
Trouble Ventilatoire Obstructif : réversibilité ?
Indication: • EFR normale mais suspicion d’asthme: recherche d’un hyperactivité
bronchique
Technique: – Inhalation de métacholine à doses (ou concentrations) progressivement
croissantes
– Repos de 3 min entre chaque dose
– Mesure du VEMS entre chaque dose juqu’à ce que le VEMS chute de 20% ou jusqu’à une dose cumulée de 2 000 μg.
=> Si chute du VEMS > 20% test positif
Hyper-réactivité bronchique: test à la métacholine
Indication: • EFR normale mais suspicion d’asthme: recherche d’un hyperactivité
bronchique
Technique: – Inhalation de métacholine à doses (ou concentrations) progressivement
croissantes
– Repos de 3 min entre chaque dose
– Mesure du VEMS entre chaque dose juqu’à ce que le VEMS chute de 20% ou jusqu’à une dose cumulée de 2 000 μg.
=> Si chute du VEMS > 20% test positif
Hyper-réactivité bronchique: test à la métacholine
Attention:
Hyperréactivité bronchique Asthme
Autres causes d’HRB+++:
BPCO, infection récente…
Anomalies des débits
Anomalies des volumes
Syndrome obstructif
Syndrome restrictif
Interprétation des EFR
Anomalies des volumes
Syndrome obstructif
Syndrome restrictif
Interprétation des EFR
• Est suggéré par :
CVF et VEMS harmonieusement diminués (VEMS/CVF normal, voire « super-normal » : >110% prédit)
• Est diagnostiqué par :
CPT < 80% prédit Sévérité sur la CV
Remarques :
• les fonctions pulmonaires complètes (avec volumes) ne sont utiles que si l’on suspecte un syndrome restrictif
• Si la CVF est normale, il n’y a virtuellement pas de syndrome restrictif
Définition du syndrôme restrictif
Courbe expiratoire
Syndrome restrictif :
= « modèle réduit » de la courbe normale,
avec mêmes pentes
Courbe inspiratoire
Volume
Débit
Courbe normale
Courbe débit/volume dans le syndrome restrictif
Syndromes restrictifs:
Homogènes: diminution harmonieuse de tous les volumes avec un VR/CPT conservé ( 30%)
Syndromes restrictifs d’origine parenchymateuse
pneumopathie interstitielle
fibrose pulmonaire
Non homogènes: augmentation de la VR/CPT
Syndromes restrictifs d’origine extra-parenchymateuse
maladies pleurales
maladies de la cage thoracique
obésité sévère: VRE (VR CRF)
maladies neuro-musculaires: CV, VR normal
Définition du syndrôme restrictif
• Parenchymateux => DLCO très diminuée - KCO diminué – Sarcoïdose – Pneumopathies interstitielles secondaires (pneumoconioses,
médicamenteuses, associées à connectivite/vascularite, radiothérapie) – Pneumopathies interstitielles idiopathiques
• Extra-parenchymateux => DLCO peu altérée - KCO augmenté – Neuromusculaire
• Parésie/paralysie du diaphragme • Myasthénie grave • Syndrome de Guillain-Barré • Dystrophies musculaires • Traumatisme médullaire
– Paroi thoracique • Cyphoscoliose • Obésité • Spondylarthrite ankylosante
Etiologies des syndromes restrictifs
• Système mécanique: permettant la mobilisation des gaz:
– Volumes pulmonaires
– Débits pulmonaires
• Mécanismes permettant les échanges gazeux:
– Diffusion de la membrane alvéolo-capillaire
– Rapport ventilation/perfusion
– Sang artériel
EFR : Quelles explorations ?
• Altération de la barrière alvéolo-capillaire va entraîner une altération des échanges gazeux = troubles de la diffusion
• La diffusion des gaz est :
– Inversement proportionnelle à l’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire.
– proportionnelle à la surface d’échanges pulmonaires
Diffusion: la zone d’échanges gazeux
• Administration au patient d’une quantité connue d’un gaz ne faisant pas habituellement partie de la composition de l’air
• Puis mesure de la vitesse de dilution de ce gaz dans l’air expiré: reflète la vitesse à laquelle ce gaz traverse la barrière alvéolo-capillaire et passe dans le sang
Diffusion: Comment l’explorer ?
• Inspiration unique d’un mélange gazeux contenant une faible concentration de CO (0.3%)
• Maintien d’une apnée de 10 s
• Puis mesure de la concentration de CO dans le gaz expiré ce qui permet de calculer la concentration de CO dans l’alvéole
• La diminution de concentration entre le début et la fin de l’apnée permet de calculer la vitesse de diffusion du CO au niveau de la barrière alvéolo-capillaire
Diffusion: Comment l’explorer ?
Apnée Expiration
Rinçage de l’espace mort
Échantillonnage
Expiration
Respiration
Volume résiduel
Volume inspiré
Temps total d’apnée
Diffusion: Comment l’explorer ?
• La vitesse de diffusion des gaz dépend de l’épaisseur de la barrière alvéolo-capillaire:
• Mais:
– Si la surface d’échanges pulmonaire diminue, la diffusion diminue.
Donc il faut l’interpréter en fonction du volume alvéolaire
– Si le transporteur sanguin du gaz (Hb) n’est pas en quantité suffisante, modification de la diffusion.
Donc il faut disposer du taux d’hémoglobine pour pouvoir interpréter le résultat.
Diffusion: Comment l’explorer ?
Troubles de la diffusion: • DLCO/VA corr < 70% • Sévérité sur la DLCO
Dépend: taux Hb et HbCO
Diffusion: Comment l’explorer ?
Léger > 60% Modéré 40 – 60 % Sévère < 40 %
Cas Cliniques
Mme L V, 41 ans sans antécédents, adressée dans les dyspnée aigue, dans un contexte de bronchites à répétition depuis 3 ans, tabagique à 45 PA. DEP à 270, quelques sibilants, traitée par Antibiotiques et corticoïdes 5 jours, puis bilan complet EFR
Que pouvez-vous dire à partir de cette courbe ?
Quel est votre diagnostic ?
Souhaitez-vous d’autres explorations ?
Test de réversibilité
Diffusion
Cas Cliniques
Mme H C née en 1959, Dyspnée évoluant depuis 3 mois, antécédent de varicelle et d’amygdalectomie. Présence d'oiseaux chez elle (colombes depuis de nombreuses années), tabac à 10PA, Dyspnée stade III, toux matinale, pas d'autres signes en dehors d'une cyanose des lèvres et extrémités. ETT normale en dehors PAPS 45mmHg,
Que pouvez-vous évoquez ?
Souhaitez-vous d’autres explorations ?
Cas Cliniques
Mr L P, né en 1950 Tabagisme à 30PA, Suivi pour une BPCO depuis plusieurs années
Que pouvez-vous évoquez ?
Test de réversibilité
Cas Cliniques
Mme F P Infirmière en pneumologie Dyspnée chronique Sibilants à l’auscultation
Que pouvez-vous évoquez ?
Souhaitez-vous d’autres explorations ?
Test de réversibilité
Cas Cliniques
Enfant de 12 ans prématuré
Tabagisme passif familial
Gène depuis 2 ans, lorsqu'il va chez son cousin qui a des chats,
et chez sa grand mère,
Crise nocturne avec sibilants toux sèche et dyspnée,
conjonctivite et rhinite allergique, pas de crise à l'effort
EFR normale en ville (Tiffneau à 83%, VEMS à 2180mL), test
cutané négatif
Que pouvez-vous évoquez ?
Souhaitez-vous d’autres explorations ?
Test à la métacholine
VEMS/CV Nl ?
DLCO Nle? DLCO Nle? DLCO Nle?
CV Nle ?
oui
Normal
oui
Normal
oui
MNM Atteinte paroi
oui
Asthme BPCO
oui
Obstruction
oui
oui
CV Nle ?
non
CPT Nle ?
non
CPT Nle ?
non
Restriction
non
Anomalies pneumo-vasc
non
Atteinte interstitielle
non
Emphysème
non
Déficit mixte
non oui
ERS/ATS 2005
Obstruction des voies aériennes centrales
Obstruction fixe
Intra ou extrathoracique Obstruction variable
extrathoracique Obstruction variable
intrathoracique
Eur Respir J 2005; 26: 948–968
Hypoxémie: Quantité d’oxygène transportée dans le sang diminuée
pression partielle en O2 dans le sang artériel (PaO2)
Hypoxie: Quantité d’oxygène délivrée aux tissus insuffisante par rapport aux
besoins cellulaires – Retentissement Cellulaire
de la quantité d’ O2 délivrée aux cellules (carence absolue)
incapacité de l’organisme à la quantité d’ O2 face à des besoins accrus
(carence relative)
incapacité des cellules à exploiter l’ O2 délivrée
Un cas particulier: l’altitude.
Hypoxie - Hypoxémie: Définition
Quatre grands mécanismes d’hypoxie tissulaire
hypoxémie profonde
(ex: insuffisance respiratoire aiguë)
incapacité cardio-circulatoire à amener le sang oxygéné aux cellules
(ex: choc cardiogénique)
anomalies du transport sanguin de l’O2
(ex: anémie aiguë ou intox au CO)
incapacité de la cellule à utiliser l’O2 qu’elle reçoit
(ex: intoxication cyanhydrique comme complication de l’inhalation des fumées
d’incendie)
Hypoxie - Hypoxémie: Définition
Hypoxie - Hypoxémie: Définition
Hypoxémie normoxique
Pneumopathie aiguë sans tare sous jacente (Hb= 14 g/L)
Si la PaO2 passe de 100 mmHg (SaO2 = 99%) à 60 mmHg (SaO2 = 90%)
Alors le CaO2 ne fait que passer de 19,2 mL/dL à 17,2 mL/dL
Absence d’hypoxie, alors que l’on peut parler de pneumonie aiguë hypoxémiante !
Hypoxie sans Hypoxémie
Anémie aiguë sur hémorragie, sans atteinte pulmonaire
Si l’Hb passe de 14 g/dL à 8 g/dL (Hyperventilation et SaO2 = 100%)
Alors le CaO2 passe de 19,4 mL/dL à 11,4 mL/dL
Il y a bien souffrance tissulaire (hypoxie) sans hypoxémie
En présence d’une PIO2 normale, 4 mécanismes
sont susceptibles d’induire une hypoxémie:
Hypoventilation Alvéolaire (Cf supra)
Un trouble de diffusion alvéolo-capillaire
une anomalie des rapports ventilation-perfusion
un shunt droit-gauche anatomique
Echanges Gazeux - Hypoxémie
Hypoxie - Hypoxémie: Définition
Relation SaO2 – PaO2
CO2 = Hb * 1.34 * SaO2 + PaO2 * 0.003