IFPEK Institut de Formation en Masso
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IFPEK Institut de Formation en Masso-Kinésithérapie Influence des niveaux de Pression Expiratoire Positive (PEP) sur le recrutement alvéolaire du sujet sain Travail Ecrit de Fin d’Etudes En vue de l’obtention du Diplôme d’Etat de Masseur-Kinésithérapeute DELRUE Laurène Année 2014-2015 IFPEK Institut de Formation en Masso-Kinésithérapie Influence des niveaux de Pression Expiratoire Positive (PEP) sur le recrutement alvéolaire du sujet sain Travail Ecrit de Fin d’Etudes Michel Cabillic, directeur de mémoire En vue de l’obtention du Diplôme d’Etat de Masseur-Kinésithérapeute DELRUE Laurène Année 2014-2015 Remerciements Un grand Merci à tous ceux qui m’ont aidé à confectionner ce travail de longue haleine. Je voudrai remercier tout particulièrement Grégory, qui a été présent tout au long de l’année et m’a beaucoup aidé dans la réalisation de mon TEFE. Je remercie également M. Cabillic, qui m’a aussi accordé beaucoup de son temps afin de m’aider à continuer mon travail dans les meilleures conditions possibles. Et surtout, Merci à toutes les personnes qui ont su me conseiller, m’épauler & m’aider au quotidien tout simplement. Sommaire Introduction ................................................................................................................................ 1 Partie I : Contexte de l’étude ...................................................................................................... 3 I-1 Le recrutement alvéolaire ................................................................................................. 3 I-1-1 Définition ................................................................................................................... 3 I-1-2 Objectivation physiologique ...................................................................................... 3 I-1-3 Pathologies respiratoires en déficit de recrutement ................................................... 4 I-1-4 L’objectivation par Tomographie par Impédance Electrique (TIE) .......................... 7 I-2 L’application clinique de la pression expiratoire positive .................................................... 8 I-2-1 Définition de la PEP................................................................................................... 8 I-2-2 Impacts de la PEP sur la mécanique ventilatoire ....................................................... 9 I-2-3 Indications cliniques de la PEP ................................................................................ 10 I-2-4 Les différentes formes de PEP ................................................................................. 12 I-2-5 Les modalités d’application de la PEP..................................................................... 15 Partie II : Méthode, Résultats, Discussion ............................................................................... 18 II-1 Synthèse de la littérature, problématique, objectifs de l’étude et hypothèses ............... 18 II-2 Méthode ......................................................................................................................... 19 II-2-1 La population étudiée ............................................................................................. 19 II-2-2 Protocole ................................................................................................................. 19 II-2-4 Modalités de traitement des données ...................................................................... 23 II-3 Présentation des résultats ............................................................................................... 24 Discussion ................................................................................................................................ 27 Conclusion ................................................................................................................................ 30 Bibliographie ............................................................................................................................ 31 Annexes .................................................................................................................................... 35 Table des illustrations : Figure 1 : L’inspiration .............................................................................................................. 5 Figure 2 : L’expiration ............................................................................................................... 5 Figure 3 : Tracé de l’impédance lors de l’application de pressions expiratoires positives continues..................................................................................................................................... 8 Figure 4 : Compression dynamique des VA sans PEP (à gauche) et avec PEP (à droite) ......... 9 Figure 5 : Comparaison de la ventilation chez un sujet sain et chez un sujet en hypoventilation sans PEP puis avec PEP ........................................................................................................... 11 Figure 6 : Illustration et description schématique du Flutter ................................................... 14 Figure 7 : Méthodologie simplifiée du protocole mis en place ................................................ 20 Figure 8 : Courbe de l’impédance par rapport au temps, chez le sujet n°3 .............................. 22 Figure 9 : Les différents niveaux de PEP et leur influence sur l’impédance minimale et sur la variation d’impédance à l’inspiration ....................................................................................... 25 Figure 10 : L’impédance minimale et la variation d’impédance à l’inspiration lors des 5 cycles respiratoires Post-PEP .............................................................................................................. 26 Figure 11 : Comparaison de l’impédance minimale avec la PEP selon l’IMC des sujets ....... 28 Tableau 1: Comparaison de l’influence des différents niveaux de PEP sur l’impédance minimale et les variations d’impédance à l’inspiration ............................................................ 24 Tableau 2 : Comparaison de l’augmentation de l’impédance minimale par rapport à l’impédance de Pref et du nombre de cycles où un recrutement est objectivable, selon les différents niveaux de PEP ........................................................................................................ 25 Tableau 3 : Comparaison de l’impédance minimale et de la variation d’impédance durant l’inspiration lors des 5 cycles Post-PEP, après chaque niveau de PEP .................................... 26 Tableau 4 : Comparaison du nombre de cycles respiratoires où s’effectue un recrutement pendant les cycles respiratoires Post PEP ................................................................................ 26 Photo 1 : Le Pulmovista® 500 ................................................................................................. 21 Table des abréviations : CPT : Capacité Pulmonaire Totale CRF : Capacité Résiduelle Fonctionnelle CV : Capacité Vitale CVF : Capacité Vitale Forcée DEM : Débit Expiratoire Maximal DEM 25-75 : Débit Expiratoire Maximal moyen entre 25 et 75 % de la CV FR : Fréquence Respiratoire IMC : Indice de Masse Corporelle Iref : Impédance de référence MK : Masseur-Kinésithérapeute MR : Manœuvre de Recrutement PaO2 : Pression artérielle en oxygène PaCO2 : Pression artérielle en dioxyde de carbone Patm : Pression atmosphérique PEP : Pression Expiratoire Positive PIP : Pression Inspiratoire Positive SpO2 : Saturation pulsée en Oxygène TIE : Tomographie par Impédance Electrique TVM : Trouble Ventilatoire Mixte TVO : Trouble Ventilatoire Obstructif TVR : Trouble Ventilatoire Restrictif VA : Voies Aériennes VEMS : Volume d’Expiration Maximale Seconde VR : Volume Résiduel VRE : Volume de Réserve Expiratoire VRI : Volume de Réserve Inspiratoire Vt : Volume courant Résumé Contexte : La Pression Expiratoire Positive (PEP) est une manœuvre thérapeutique instrumentale dont le but est de recruter des unités pulmonaires peu ou non ventilées. Elle est la plupart du temps utilisée à visée de désencombrement bronchique. Cependant, les études ayant analysé son impact sur la fonction pulmonaire ne sont pas toujours concordantes puisqu’elles ne concluent pas sur un niveau de pression optimal pour l’amélioration des paramètres respiratoires. Objectif de l’étude : Déterminer un niveau de PEP qui serait le plus bénéfique vis-à-vis du recrutement alvéolaire, pour tous les sujets. Matériel et méthode : Nous avons mis en place un protocole expérimental incluant 14 sujets sains. Grâce à la Tomographie par Impédance Electrique (TIE), nous avons suivi directement les modifications de la ventilation lors de l’application de 4 niveaux de PEP différents. Les niveaux de PEP étaient de : 5 cmH2O, 10 cmH2O, 15 cmH2O et 20 cmH2O, et ont été appliqués à l’aide d’un Threshold PEP. Le recrutement alvéolaire a été objectivé par l’augmentation de l’impédance minimale, qui représente une augmentation de la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF), ou du Volume Résiduel (VR) lors d’une expiration totale. Résultats : Lors des expirations contre les différentes pressions, aucun niveau de pression ne semble procurer une impédance minimale significativement supérieure aux autres (p>0.05). Il en est de même pour les 5 cycles respiratoires Post-PEP (p>0.05). Le recrutement peut également influencer la ventilation en l’augmentant, mais les niveaux de PEP ne se distinguent pas les uns des autres dans l’augmentation du volume inspiré. Discussion : Au regard des résultats obtenus, il ne ressort pas un niveau de PEP, commun à tous les participants, qui permettrait d’avoir un meilleur recrutement alvéolaire comparé aux autres niveaux. En analysant les différentes réponses des participants à l’application de la PEP, on se rend compte que les caractéristiques individuelles peuvent jouer un rôle dans le potentiel de recrutement individuel. Conclusion : Cette étude n’a pas permis d’identifier un niveau de PEP qui serait bénéfique pour tous les sujets. En revanche, la place des caractéristiques individuelles dans le recrutement permettrait d’individualiser chaque prise en charge de manière optimale. Mots-clés : Recrutement alvéolaire, Pression Expiratoire Positive, Tomographie par Impédance Electrique Abstract Context : Positive Expiratory Pressure (PEP) is an instrumental therapeutic maneuver which aims to recruit non or poorly aerated pulmonary areas. It is often used as an airway clearance therapy. However, studies that have analyzed its incidence on pulmonary function rarely match because they do not conclude on an optimal pressure level for the improvement of respiratory parameters. Aim of the study : To identify one pressure level which would be most beneficial regarding alveolar recruitment, applicable to everyone. Materials and methods : We have set up an experimental protocol including 14 healthy participants. Using Electrical Impedance Tomography (EIT), we directly followed changes in ventilation during the application of 4 different PEP levels. PEP levels were : 5 cmH20, 10 cmH2O, 15 cmH2O and 20 cmH2O and were applied with a Threshold PEP. Alveolar recruitment was objectified by the increase of minimum impedance. This rise constitutes an increase of the Functional Residual Capacity (FRC) or Residual Volume (RV) during a complete expiration. Results : No level seems to provide a minimum impedance significantly better than the others, during expirations against PEP levels (p>0.05). We can observe the same results during the 5 respiratory cycles Post-PEP (p>0.05). Alveolar recruitment can also improve ventilation, but the different PEP levels do not differ in the rising of inspired volume. Discussion : Considering the results, there is not a single PEP level shared by all participants, which improves alveolar recruitment, better than the others. We have analyzed participants’ responses during the application of PEP levels, so we can notice that individual characteristics can influence individual recruitment potential. Conclusion : This study do not identify a single PEP level most beneficial for the whole participants. Nevertheless, individual characteristics may be important in recruitment in order to optimize each patient care. Key words : Alveolar recruitment, Positive Expiratory Pressure, Electrical Impedance Tomography Introduction Lors de mes stages en service de pneumologie, je me suis intéressée aux divers moyens masso-kinésithérapiques mis en œuvre chez les patients présentant des troubles respiratoires et à leurs modalités d’application. Le Masseur-Kinésithérapeute (MK) occupe une grande place dans un service de pneumologie, ses différents rôles étant de faciliter la ventilation du patient, de désencombrer ses voies respiratoires, de réadapter le patient à l’effort, ou réaliser l’éducation thérapeutique du patient. « La kinésithérapie à visée respiratoire rencontre plusieurs objectifs, à savoir l’amélioration de la ventilation, de la clairance mucociliaire et des échanges gazeux, la diminution de la résistance des voies aériennes et de l’obstruction bronchique, et le ralentissement de l’évolution de la maladie. » (Zach, 1987) Les manœuvres thérapeutiques peuvent être divisées en manœuvres non instrumentales, ou manuelles, et en manœuvres instrumentales. Je me suis plus particulièrement intéressée à l’application de la Pression Expiratoire Positive (PEP). D’après un sondage, la plupart des MK utilise la PEP dans leur pratique clinique. La quasi totalité d’entre eux s’en sert lorsque les patients présentent un excès de sécrétions au niveau de leurs Voies Aériennes (VA), beaucoup l’utilisent lors de la présence de collapsus alvéolaire et enfin quelques uns à visée de prévention de complications respiratoires (Johnston et al. 2009). Les modalités de la thérapie par PEP varient cependant beaucoup selon chaque thérapeute. J’ai effectivement remarqué que le réglage manuel de la pression était fait de manière empirique, et non adapté à chaque patient, puisqu’il était appliqué un même niveau de pression chez des patients aux caractéristiques individuelles différentes. Selon les recommandations des Journées Internationales de Kinésithérapie Respiratoire Instrumentales (JIKRI) (Barthe 2001), la PEP, associée à une Technique d’Expiration Forcée (TEF), a fait la preuve de son efficacité dans le désencombrement bronchique, lorsqu’elle était réglée de sorte que la pression à la mi-expiration soit comprise entre 10 et 20 cmH2O. Il existerait donc une fourchette de pressions à appliquer qui serait efficace dans l’amélioration de la fonction pulmonaire. Il est attribué à la PEP diverses indications thérapeutiques. Beaucoup d’études ont étudié l’impact de différents niveaux de PEP sur le désencombrement bronchique, et diverses conclusions émergent des résultats observés. La plupart des études s’intéresse à la fourchette 1 de pression comprise entre 10 et 20 cmH2O, alors que certains articles montrent des niveaux de PEP plus efficaces que d’autres. Des conclusions opposées ressortent quant aux modalités d’utilisation de la PEP sur le plan clinique. Et malgré son utilisation répandue, les explications physiologiques sous-jacentes, justifiant ses différentes modalités d’application, ne sont pas totalement explicitées. Je me suis alors questionnée sur l’existence d’un niveau de PEP optimal, qui permettrait d’obtenir le meilleur recrutement alvéolaire possible et donc une augmentation des bénéfices thérapeutiques. Existe-t-il un même niveau de PEP qui permettrait de recruter des unités pulmonaires peu ou non ventilées, chez des individus sains présentant des caractéristiques individuelles diverses? La problématique de recherche est : En quoi un niveau de PEP commun améliorerait le recrutement alvéolaire chez des sujets sains aux caractéristiques individuelles différentes? Afin de répondre à cette problématique, une étude expérimentale a été mise en place incluant 14 sujets sains, où différents niveaux de PEP sont appliqués et durant laquelle une objectivation de la ventilation est réalisée par Tomographie par Impédance Electrique (TIE). L’objectif de ce travail est de rechercher s’il existe un niveau de pression expiratoire, commun aux différents sujets, qui permette d’optimiser le recrutement alvéolaire pour chacun d’entre eux. Nous présenterons en premier lieu le contexte dans lequel s’inscrit mon étude, en rappelant la notion de « recrutement alvéolaire » et les pathologies liées à un déficit de ce dernier, puis nous détaillerons l’application clinique de la Pression Expiratoire Positive grâce à une étude de la littérature scientifique. Dans un second temps, nous traiterons de la méthodologie du protocole mis en place lors de l’essai clinique et nous analyserons les résultats obtenus pour aboutir enfin à une analyse critique de l’étude. 2 Partie I : Contexte de l’étude I-1 Le recrutement alvéolaire I-1-1 Définition Anatomiquement, il s’agit d’une réaération dynamique de territoires pulmonaires qui étaient peu ou pas aérés, par augmentation de la pression transpulmonaire (Richard et al. 2003). La pression transpulmonaire correspond à la résultante des forces s’exerçant en dehors et à l’intérieur des voies aériennes. Afin d’ouvrir les zones fermées du poumon et donc les recruter, il faut une pression d’ouverture supérieure à celle ouvrant les zones saines (Gattinoni et al. 2010). On parle souvent de recrutement « alvéolaire » plutôt que de recrutement « pulmonaire » global car les alvéoles sont situées dans les lobules pulmonaires, qui constituent l’élément fonctionnel du poumon, et sont responsables de l’oxygénation du sang. Mais le recrutement s’effectue également au niveau bronchique. « L’objectif du recrutement alvéolaire est double : d’une part, stabiliser les alvéoles instables afin de limiter les phénomènes de fermeture-réouverture et d’autre part recruter les territoires collabés dans le but de rendre plus homogène la ventilation. » (Aboab et al. 2002). I-1-2 Objectivation physiologique Fonctionnellement, le recrutement est corrélé à des changements des variables physiologiques respiratoires. D’après une revue de littérature (Lu, 2013), on assiste à une augmentation de la pression artérielle en oxygène (PaO2), une diminution de la pression artérielle en dioxyde de carbone (PaCO2) et une augmentation de la compliance respiratoire, résultant d’un recrutement d’alvéoles responsables des échanges gazeux avec les capillaires sanguins. On assiste cependant à une divergence quant aux effets du recrutement sur l’hématose et la fonction pulmonaire. Lu (2013) conclut sur une amélioration de la PaO2 et de la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF) induite par le recrutement alvéolaire alors que pour d’autres, ces modifications ne permettent pas de distinguer si c'est une augmentation du nombre d'alvéoles aérées fonctionnelles ou une augmentation du volume du poumon du à une distension de zones déjà saines. De plus, l'oxygénation artérielle (PaO2) n'est pas spécifique 3 pour juger du recrutement alvéolaire, car elle dépend également de l'état métabolique et de la fréquence cardiaque du sujet (Gattinoni, 2010). En effet, les capacités de diffusion de l’O2 et du CO2 augmentent durant l’exercice physique, la pression transcutanée en O2 peut augmenter à cause de l’effort produit lors de la manœuvre thérapeutique instaurée, et non forcément à cause d’ouverture de territoires alvéolaires (Lagerkvist et al. 2005). Il faut donc prendre du recul vis-à-vis de l’impact du recrutement sur l’hématose. Il faut préciser qu’il existerait un potentiel de recrutement du poumon propre à chacun (Gattinoni et al. 2006). I-1-3 Pathologies respiratoires en déficit de recrutement a) Rappel sur la mécanique ventilatoire chez le sujet sain D’après Antonello & Delplanque (2004), l’appareil respiratoire peut s’apparenter à un soufflet déformable, à l’origine de l’entrée et de la sortie des flux gazeux. La cage thoracique et le poumon exercent naturellement des forces de sens opposés, mais sont solidarisés par la plèvre formée de deux feuillets, entre lesquels règne une pression intrapleurale négative (5 sur les figures 1 et 2). Avec les muscles respiratoires, ils composent la mécanique ventilatoire externe. Lors de l’inspiration, l’augmentation du diamètre vertical, antéro-postérieur et transversal du thorax, par la contraction du diaphragme et des intercostaux externes, permet l’expansion thoracique. L’augmentation du volume pulmonaire provoque une diminution de la pression intrapulmonaire (6 sur les figures 1 et 2) qui devient inférieure à la pression atmosphérique (Patm). (Figure 1) L’air se déplaçant des zones de haute pression vers celles de basse pression, par le phénomène de diffusion, la dépression créée provoque l’entrée d’air dans les poumons. Lors d’un cycle respiratoire spontané, le volume d’air mobilisé est appelé volume courant (Vt). Les différents volumes pulmonaires sont présentés en Annexe 1. 4 1: Recul pulmonaire 2: Recul thoracique 3: Force musculaire 4: Thorax et poumon augmentent de volume 5: Pression intrapleurale 6: Pression intrapulmonaire 7: L’air entre dans les poumons Figure 1 : L’inspiration1 Durant l’inspiration, la pression péribronchique (dénommée pression pleurale), exercée sur les bronches, est inférieure à la pression intrabronchique et continue à diminuer. On a donc une pression transpulmonaire (P.intrabronchique – P.pleurale) positive et les VA vont augmenter de calibre. A l’expiration, le relâchement des muscles inspiratoires et la force de rétraction élastique du poumon permettent une diminution du volume du système thoraco-pulmonaire et une augmentation de la pression intrapleurale. D’après la loi de Boyle-Mariotte, à température constante, le volume d’une masse gazeuse est inversement proportionnel à la pression qu’il reçoit. Autrement dit, lorsque le volume du système thoraco-pulmonaire diminue, la pression alvéolaire et intrabronchique augmente. La pression intrapulmonaire devient supérieure à Patm et l’air quitte les alvéoles pour se diriger à l’extérieur des poumons. (Figure 2) 1: Recul pulmonaire 2: Recul thoracique (1 2) 3: Force musculaire (nulle) 4: Pression intrapleurale (moins négative) 5: Volumes du thorax et du poumon 6: Pression intrapulmonaire devient positive 7: L’air quitte les poumons Figure 2 : L’expiration1 1 D’après Delguste, P., Reychler, G. & Roeseler, J., 2014. Kinésithérapie respiratoire. 3e ed., Issy-les Moulineaux: Masson, pp 26-27. 5 Durant l’expiration normale, la pression pleurale augmente, sans pour autant dépasser la pression intrabronchique. La pression transpulmonaire reste donc positive et permet de maintenir l’ouverture des bronches. L’état de « repos » du système thoraco-pulmonaire correspond à la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF), lorsque les forces d’expansion thoracique et de recul pulmonaire sont équivalentes et opposées. b) Les troubles ventilatoires et leurs répercussions sur cette mécanique Trouble Ventilatoire Obstructif (TVO) Selon Antonello & Delplanque (2004), un TVO correspond à un dysfonctionnement de la mécanique ventilatoire interne (caractérisée par les propriétés élastiques et résistives du système respiratoire). Il est défini par « la limitation du débit gazeux dans les voies aériennes et, à terme, une diminution de l’aptitude à ventiler les poumons ». Il est caractérisé par un rapport de Tiffeneau : Volume d’Expiration Maximale Seconde (VEMS) / Capacité Vitale (CV) < 70%. Celui-ci peut être causé par une diminution de la pression d’expansion du thorax, qui diminue la traction des VA et entraine un calibre bronchique inférieur à la normale. Il peut être également d’origine anatomo-physiologique, et créé par une inflammation bronchique, un bronchospasme ou un encombrement de la bronche par une accumulation de mucus. Cette obstruction aérienne rend des zones pulmonaires non accessibles à la ventilation et entraine ainsi un dérecrutement alvéolaire. Cette obstruction est donc à l’origine d’une augmentation de la résistance des VA et donc de la diminution du débit expiratoire car : Débit expiratoire = (Pression intra-alvéolaire – Pression buccale) / Résistances bronchiques Cette limitation du débit expiratoire provoque un « déplacement du volume télé-expiratoire au-dessus du volume de relaxation du système respiratoire (CRF) » (Antonello & Delplanque, 2004). De plus, les résistances augmentent au fur et à mesure que le volume pulmonaire diminue : « A mesure que l’expiration se poursuit, le point d’égale pression se déplace en aval, en profondeur dans le parenchyme. Ceci se produit parce que la résistance des voies aériennes augmente pendant que le volume pulmonaire diminue, et, de ce fait, la 6 pression à l’intérieur des voies aériennes décroît plus rapidement avec la distance aux alvéoles. » West (2003). Les sujets ventilent donc généralement à haut volume pulmonaire (déplacement du Volume courant (Vt) dans le Volume de Réserve Inspiratoire (VRI)), afin d’augmenter la pression intrabronchique et de limiter le collapsus bronchique présent pendant l’expiration. Il se produit une adaptation de la mécanique ventilatoire interne qui permet de recruter d’avantage de territoire pulmonaire afin d’assurer les besoins ventilatoires nécessaires à l’oxygénation du corps. La mucoviscidose est un TVO dans lequel il y a une rétention de mucus, une diminution de la capacité physique et une dyspnée (Bradley et al. 2006). L’objectif thérapeutique sera alors principalement de désencombrer les VA. La Broncho Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) fait aussi partie de ces troubles, selon les stades de la pathologie les objectifs seront alors d’augmenter le volume pulmonaire ou de limiter l’hyperinflation. Trouble Ventilatoire Restrictif (TVR) C’est une atteinte de la mécanique ventilatoire externe, pouvant être causée par une atteinte anatomique de la paroi thoracique, de la commande neuromusculaire ventilatoire, ou du parenchyme (Mal & Thabut 2000), qui provoque une diminution des volumes mobilisés. On observe alors un abaissement de la capacité pulmonaire totale (CPT) et de la CV. On assiste à une hypoventilation, qui peut être due par exemple à un enraidissement de la cage thoracique, provoquant un déplacement de la ventilation dans le Volume de Réserve Expiratoire (VRE) et la formation d’atélectasies à l’origine d’un défaut de recrutement alvéolaire. Trouble Ventilatoire Mixte (TVM) Le TVM est une association du TVO et du TVR. On obtient donc une diminution de la CPT et un abaissement du rapport de Tiffeneau synonyme d’une obstruction des VA. I-1-4 L’objectivation par Tomographie par Impédance Electrique (TIE) La TIE est un procédé d’imagerie en temps réel non invasif et sans rayonnement, fournissant une coupe transversale de la ventilation pulmonaire. (Lu, 2013). L’impédance reflète la résistance d’un circuit électrique en présence d’un courant alternatif, son unité est l’Ohm Ω. Elle se base sur la variation de la conductivité électrique au sein du tissu pulmonaire. Une ceinture de 16 électrodes est placée autour du thorax au niveau du 6ème espace intercostal, et 7 une électrode de référence sur l’abdomen. Deux électrodes sont à l’origine de l’application d’un courant électrique de faible amplitude au niveau thoracique et la ceinture mesure les variations d’impédance (Wierzejski et al. 2012). Le tracé obtenu par le tomographe donne une courbe de l’impédance en fonction du temps. Le tissu étant un tissu biologique, on parle ici de « bio-impédance » représentant la résistance de la cage thoracique au passage du courant. La résistance du tissu pulmonaire à l’impulsion électrique augmente avec son aération. D’après (Cammarata 2013), « la ventilation pulmonaire, même dans des conditions pathologiques, provoque une variation dans le temps de la distribution de la conductivité électrique : l’introduction d’air (excellent isolant électrique) au cours de l’inspiration provoque une diminution de la conductivité alors que son évacuation au cours de l’expiration produit l’effet inverse. » La ventilation est donc responsable d’un changement de la bioimpédance : durant l’inspiration l’augmentation du volume thoraco-pulmonaire mène à une augmentation de l’impédance qui serait proportionnelle au volume d’air inspiré (Riera et al. 2011). On peut ainsi objectiver des changements de ventilation pulmonaire grâce aux variations d’impédance mesurées. Ainsi, l’augmentation de la variation d’impédance entre l’inspiration et l’expiration reflète une augmentation du volume courant. Cette augmentation de volume pulmonaire peut être due à un recrutement alvéolaire, ou à une distension d’unités pulmonaires déjà ouvertes (Kunst et al. 1999). Le recrutement peut également être évalué par l’augmentation de l’impédance minimale (c'est-à-dire de l’impédance en fin Figure 3 : Tracé de l’impédance lors de l’application de pressions expiratoires positives continues d’expiration). La diminution de la pente suggère un dérecrutement, alors que son augmentation montre un recrutement alvéolaire (Erlandsson et al. 2006) (Figure 3). I-2 L’application clinique de la pression expiratoire positive I-2-1 Définition de la PEP La Pression Expiratoire Positive (PEP) consiste à respirer contre une résistance expiratoire, apposée au niveau de la bouche ou du nez. Le sujet doit expirer contre la résistance, aussi 8 nommée PEP, afin de réussir à faire sortir l’air inspiré préalablement. Pour réussir l’expiration, la pression alvéolaire doit donc être supérieure à la pression buccale. La PEP permet une augmentation de la pression alvéolaire et intrabronchique, à l’origine d’un accroissement du calibre des bronches par augmentation de la pression transpulmonaire. Les résistances des VA, dépendant grandement du diamètre des bronches, diminuent donc. I-2-2 Impacts de la PEP sur la mécanique ventilatoire Selon Constantin, et al. (2004), «La PEP agit essentiellement en s’opposant aux forces de compression extrinsèques qui s’exercent sur les bronchioles. Elle est d’autant plus efficace que cette pression est faible, c’est-à-dire dans les régions non dépendantes et céphaliques du parenchyme pulmonaire.» Il faut donc être prudent durant l’application de cette pression qui peut être à l’origine d’une distension des territoires normalement aérés avant de commencer à ouvrir les zones mal voire non aérées du poumon. a) Déplacement du point d’égale pression : L’application d’une PEP est responsable d’un déplacement du point d’égale pression au niveau de la bouche. Le point d’égale pression est l’endroit où la pression pleurale est égale à la pression intrabronchique. Lorsque la pression pleurale dépasse celle à l’intérieur des bronches, on observe une compression dynamique des VA. La théorie du point d’égale pression est à l’origine du désencombrement bronchique. Effectivement, Figure 4 : Compression dynamique des VA sans PEP (à gauche) et avec PEP (à droite)3 lorsque des sécrétions se trouvent juste en amont de ce point, un phénomène d’aspiration, crée par la compression bronchique, permet alors leur migration vers les VA proximales facilitant ensuite l’élimination du mucus (McIlwaine 2007). Selon certains auteurs : « En cas d’obstruction bronchique, l’augmentation de la résistance à l’écoulement des gaz respiratoires a pour conséquence de faire chuter la pression à l’intérieur des VA » (Delguste et al. 2014), ce qui déplace le point d’égale pression vers les voies aériennes distales et provoquent plus rapidement leur fermeture. La théorie du déplacement du point d’égale pression vers la bouche grâce à la PEP, limite ainsi le collapsus des VA (Figure 4). De plus, le flux expiratoire, plus lent lors de la PEP, diminuerait la chute de pression dans les bronches, réduisant la fermeture précoce de celles-ci. 9 Le maintien des VA, qui se seraient naturellement fermées sans intervention thérapeutique, est à l’origine d’un recrutement. b) Stimulation de la ventilation collatérale En présence d’une pathologie respiratoire, la résistance des VA est augmentée par l’accumulation de sécrétions ou par les collapsus bronchiques. Cependant, les résistances présentes au niveau des voies inter-alvéolaires n’augmentent pas, l’air a donc davantage tendance à emprunter cette issue. On observe alors une augmentation de la ventilation collatérale via les pores de Kohn et canaux de Lambert. La PEP permet à davantage d’air d’entrer durant l’inspiration, par ces voies. On assiste donc à un recrutement alvéolaire par l’augmentation du volume d’air en amont des sécrétions facilitant leur mobilisation ensuite (Rogers & Doull 2005) (Annexe 2). I-2-3 Indications cliniques de la PEP Par le maintien des VA ouvertes, la PEP est reconnue comme une manœuvre thérapeutique permettant de recruter des zones pulmonaires peu aérées. a) La Pep dans l’augmentation du volume pulmonaire Dans le cas de TVR à l’origine d’une hypoventilation tels que des pathologies neuromusculaires, des dysfonctionnements de la ventilation post-opératoires, ou durant un alitement, on observe une diminution des volumes pulmonaires. Une des indications de la PEP est l’augmentation du volume pulmonaire, par l’augmentation du Vt et de la CRF (Fagevik Olsén et al. 2014). Dans plusieurs études, la PEP a montré une augmentation du Vt et une diminution de la Fréquence Respiratoire (FR) par une augmentation de l’activité des muscles inspiratoires et expiratoires. Ce changement de mécanique respiratoire, accompagnée d’une diminution du flux expiratoire et d’une augmentation du temps expiratoire, conduit à un plus petit volume expiré, qui induit l’augmentation de la CRF (Figure 5). L’autre explication physiologique est, que pour vaincre la PEP, l’organisme répond naturellement en augmentant le volume inspiré jusqu’à un volume pulmonaire auquel la pression élastique de recul est augmentée et est suffisante pour vaincre la résistance. De plus, le rôle des voies collatérales présenté précédemment (cf. I-2-2-b) expliquerait également la ré-inflation de zones collapsées. 10 Figure 5 : Comparaison de la ventilation chez un sujet sain et chez un sujet en hypoventilation sans PEP puis avec PEP2 Cependant, chez certains sujets, cette indication reste controversée puisque la PEP nécessite une certaine force expiratoire dont ne disposent pas les patients restrictifs sévères et parait peu adaptée à des pathologies neuromusculaires (Delguste et al. 2014). Elle s’applique également lorsqu’un sujet est ventilé de manière mécanique, par exemple lors d’un syndrome de détresse respiratoire aigue ou suite à une anesthésie générale. En effet, l’anesthésie et l’alitement peuvent être responsables de complications de la fonction respiratoire (Amorim et al. 2014). D’après diverses études dont celle de Lu (2013), la PEP permet de lutter contre les atélectasies, en maintenant les alvéoles ouvertes afin également d’améliorer la ventilation et la perfusion. b) La PEP dans la réduction de l’hyperinflation pulmonaire L’hyperinflation ou distension pulmonaire correspond à un volume de gaz excessif dans le poumon (Perez & Guenard 2009). Elle peut être due initialement à des obstructions responsables d’augmentation des résistances à l’écoulement du gaz, diminuant le diamètre de la lumière des VA et provoquant leur collapsus lorsqu’est atteint le niveau de CRF normal. Ceci provoque une diminution du flux expiratoire, un volume expiré insuffisant et l’apparition d’air « piégé » à l’origine de l’hyperinflation. Elle peut aussi être due à une réduction de la pression de recul élastique du poumon suite à une destruction du parenchyme. On retrouve fréquemment ce phénomène chez des sujets atteints de BPCO. D’après Fagevik Olsén, M., Lannefors, L. & Westerdahl, E., 2014. Positive expiratory pressure Common clinical applications and physiological effects. Respiratory medicine, p3. 2 11 Dans ce cas, le rôle de la PEP est le maintien des bronches et alvéoles ouvertes, afin de diminuer le volume d’air piégé et par conséquent de diminuer la CRF. Par le déplacement du point d’égale pression en aval, il y aurait alors une augmentation du volume expiré, et le retour à une CRF tendant vers la normalité. Ainsi la PEP permettrait d’améliorer la distribution de la ventilation et les échanges gazeux (Annexe 3). c) La PEP dans le désencombrement des voies respiratoires Pour désencombrer les voies respiratoires, l’objectif de la PEP est d’augmenter temporairement la CRF par déplacement du Vt dans le VRI grâce à l’ouverture des VA, afin d’amener de l’air en amont des sécrétions. Il est conseillé d’ajouter à la PEP une manœuvre d’expiration forcée ou de toux. En effet cette expiration forcée permet à l’air présent derrière les sécrétions de mobiliser ces dernières, par le phénomène de compression dynamique des voies aériennes, afin d’expectorer efficacement. Par une augmentation du débit lors de la fin d’expiration, la PEP empêche le collapsus et permet d’évacuer le mucus présent dans les voies respiratoires auparavant collabées (Annexe 4). Suite à des manœuvres de désencombrement bronchique, à l’origine de recrutement alvéolaire, on observe une augmentation significative de la Capacité Vitale Forcée (CVF) et du VEMS. Cette augmentation peut être due à une diminution de l’air piégé et/ou à une diminution de l’obstruction des voies aériennes (McIlwaine et al. 1997). Intervient également un autre concept : l’High PEP. C’est une modification de la thérapie par PEP en ventilation spontanée puisqu’il s’agit d’effectuer une expiration forcée et totale contre une résistance prédéterminée. La pression expiratoire peut alors atteindre des valeurs allant de 40 à 100 cmH2O. I-2-4 Les différentes formes de PEP Elle peut s’appliquer par masque buccal ou nasal, et par embout buccal. a) La PEP instrumentale Elle est essentiellement utilisée chez des patients présentant des pathologies pulmonaires obstructives qui sont responsables d’un excès de sécrétion de mucus. Mais elle peut être également utilisée chez des patients alités en pré-opératoire comme éducation thérapeutique pour préparer au post-opératoire où elle sera encore utilisée afin de prévenir les atélectasies (Westerdahl, 2013). 12 La PEP continue Le Pep masque a été développé dans les années 1970. Ce système est constitué d’un masque facial et d’une valve unidirectionnelle sur laquelle est placée une résistance (Annexe 5). La pression expiratoire est déterminée par le flux expiratoire du patient et par la résistance appliquée au niveau de la valve du masque. Si le patient augmente son débit expiratoire, la pression expiratoire positive augmentera et inversement, on parle d’une résistance au débit. La pression est objectivable par un manomètre de pression. La respiration à travers le masque s’effectue généralement de manière spontanée avec une expiration légèrement active. La « Pep bottle » est un système constitué d’une bouteille remplie d’un certain volume d’eau et d’un tube inséré à l’intérieur. Pour obtenir un débit expiratoire, le sujet doit expirer dans le tube, avec une pression régnant dans ses VA qui soit supérieure à celle présente dans la colonne d’eau. On parle d’une résistance seuil. La pression produite est dépendante du niveau d’eau, du diamètre et de la longueur du tube ainsi que de la manière d’expirer et de l’effort expiratoire (Fagevik, 2014). Ce système revient à l’application d’un autre instrument nommé le « Threshold PEP », où l’expiration est effectuée contre un ressort. Ainsi une certaine pression, déterminée par la tension du ressort, doit être créée pour ouvrir la valve, laquelle se refermera aussitôt que la pression expiratoire sera inférieure à celle de la résistance. Avec le PEP masque, l’expiration débute immédiatement mais la pression à atteindre n’est obtenue qu’après un certain temps de l’expiration et la pression au volume télé-expiratoire est nulle. Avec le système comprenant une colonne d’eau à mobiliser, la pression expiratoire atteint directement une valeur seuil et cette pression vaut celle présente dans la bouteille à la fin de l’expiration (Sehlin et al. 2007). D’après Westerdahl, (2013) et Johnston et al., (2009), c’est par le système de résistance seuil que la PEP est la plus souvent utilisée par les MK. La PEP discontinue La PEP oscillante ou « OPEP » telle que le Flutter ou l’Acapella contient une résistance qui est respectivement une bille ou un clapet (Figure 6). Lors de l’expiration, la bille ou le clapet va se lever et s’abaisser créant une pression expiratoire positive allant de 5 à 35 cm H2O, et qui engendre des vibrations d’une fréquence de 2 à 35 Hz qui se répercutent dans l’arbre bronchique. Les vibrations diminueraient les propriétés visco-élastiques du mucus et faciliteraient la mobilisation des sécrétions (Button & Holland 2012). 13 1 : couvercle perforé 2 : bille en acier 3 : réceptacle conique 4 : embout buccal Figure 6 : Illustration et description schématique du Flutter3 b) La PEP dans la ventilation mécanique Elle est généralement mise en place lors de Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA), d’atélectasies faisant suite à une opération sous anesthésie générale, d’alitement prolongé, ou d’apnée du sommeil. Dans la ventilation assistée : on retrouve une PEP continue dans le mode de Ventilation Spontanée avec PEP (VS-PEP) ou pour la Continue Positive Airway Pressure (CPAP) lors de laquelle le sujet respire spontanément avec un niveau constant de pression positive préréglée au cours de l’inspiration et de l’expiration. Dans la ventilation contrôlée : on parle alors de « Positive End-Expiratory Pressure » (PEEP) qui correspond à la pression positive régnant dans les VA à la fin de l’expiration, ce qui diffère de la PEP qui est une pression continue durant l’expiration, cédant à la fin de celleci. Selon Maisch, et al. (2008), « La PEEP optimale peut être définie comme la pression expiratoire positive qui empêche le collapsus suite à une manœuvre de recrutement, qui évite une distension et qui par conséquent induit une optimisation de la mécanique ventilatoire avec un volume d’espace mort minimum. » Durant la ventilation mécanique, des Manœuvres de Recrutement (MR) sont mises en œuvre. Elles correspondent à une augmentation de pression menant à une augmentation de volume du poumon, même si celle-ci ne conduit pas toujours à un recrutement effectif des alvéoles. Elles suivent le principe de l’«open lung concept». Ce principe est né à partir de la loi de Laplace, qui précise que la pression nécessaire à stabiliser une alvéole est inversement proportionnelle à son rayon. Il faut donc une pression plus importante pour ouvrir une alvéole collabée que pour maintenir une alvéole déjà ouverte. Les manœuvres consistent donc en l’application de courte durée d’une pression très élevée pour ouvrir le poumon, suivie d’une PEEP suffisante pour maintenir les unités pulmonaires ouvertes (Constantin et al. 2004). D’après Reychler, G. et al., 2012. [Cystic fibrosis: instrumental airway clearance techniques]. Revue des maladies respiratoires, 29(2), p133. 14 3 I-2-5 Les modalités d’application de la PEP Les modalités d’application de cette résistance varient en fonction de l’objectif thérapeutique à atteindre, elles sont donc dépendantes des maladies rencontrées. Elle est le plus couramment employée afin d’augmenter le volume pulmonaire courant et la capacité résiduelle fonctionnelle, de réduire l’hyperinflation, et dans le cadre de désobstruction des VA (Fagevik, 2014) (Annexe 6). Il n’existe actuellement aucun consensus quant aux explications physiologiques expliquant comment la PEP atteint ses objectifs ni concernant le nombre de cycles respiratoires à effectuer avec la PEP, ou sur la durée du traitement. a) La PEP dans la diminution de l’hyperinflation Pour réduire l’hyperinflation, il est souvent demandé aux sujets de respirer calmement et d’expirer contre la PEP jusqu’à maintenir une pression expiratoire de 5 à 10 cmH2O (Fagevik, 2014). En effet, dans une étude sur des patients atteints de BPCO, une PEP de 5 à 10 cmH2O a permis une diminution du volume d’air présent dans les poumons en fin d’expiration et une amélioration de la capacité inspiratoire (Monteiro et al. 2012). De plus, l’application de la PEP à des niveaux supérieurs à 10 cmH2O chez des sujets aux VA obstruées augmente la FR (Gualdi et al, 2014). Sachant qu’une FR élevée rend la distribution de la ventilation moins homogène et est susceptible d’aggraver l’hyperdistension pulmonaire (Delguste et al. 2014), elle peut être un élément susceptible de privilégier un niveau de PEP vis-à-vis d’un autre. b) La PEP dans l’augmentation du volume pulmonaire La technique varie puisqu’il peut leur être demandé de respirer à un volume courant ou davantage, jusqu’à prendre des grandes inspirations. La plupart des études expliquent que les patients doivent atteindre une pression expiratoire comprise entre 10 et 20 cmH2O (Fagevik, 2014). Gualdi et al. 2014, ont étudié l’impact de différents niveaux de PEP sur la mécanique ventilatoire de sujets atteints de mucoviscidose et de sujets sains du même âge. Les trois niveaux de 10, 15 et 20 cmH2O augmentent le Vt chez les deux groupes. Chez les sujets sains, la PEP à 20 cmH2O semble être la plus bénéfique. Concernant la CRF, une PEP à 15 15 cmH2O augmenterait la CPT et la CRF de façon supérieure à une PEP à 5 cmH2O (Van der Schans et al., 1991) (Annexe 7). Différentes études ont montré qu’une PEP entre 10 et 15 cmH2O permettait, en postopératoire, de maintenir une CVF supérieure à un groupe témoin sans PEP (Ricksten et al. 1986), et limiterait la diminution de la CPT. Selon Maisch, et al. (2008) et Nespoulet et al. (2013), la PEEP à 10 cmH2O, permettrait une augmentation du Vt et de la CRF comparé à la ventilation sous 0 ou 5 cmH2O de PEEP. Mais l’augmentation du Vt ou de la CRF n’est pas toujours prouvée de manière significative (p>0.05) (Westerdahl, et al. 2001). c) La PEP dans le désencombrement des voies aériennes Une revue de littérature (Hristara-Papadopoulou et al. 2008) s’est inspirée de nombreux articles pour rédiger un protocole d’utilisation du PEP masque chez des sujets atteints de pathologies respiratoires chroniques. Il faudrait lentement inspirer jusqu’à sa CV et retenir alors sa respiration durant 3 secondes. Puis expirer lentement contre la pression qui a été fixée entre 10 et 20 cmH2O. Cette manœuvre doit être répétée 10 à 20 fois et être ensuite suivie d’une expiration active forcée afin d’évacuer les sécrétions. Le patient doit faire ceci durant 15 à 20 minutes, avec des pauses de 1 à 2 minutes entre les séries, cela 2 fois par jour. Beaucoup d’études s’inspirent de ce protocole. Mais, comme dit précédemment, aucun consensus sur le nombre de cycles respiratoires ou de durée du traitement n’a été admis. Le protocole mis en place par Placidi et al. (2006) ressemble fortement à celui conseillé par la revue d’Hristara. Mais, exceptée une augmentation significative du poids humide des sécrétions, on n’observe aucune amélioration de la fonction pulmonaire. Dans l’étude de Tyrrell et al. (1986), l’application de pressions allant de 10 à 15 cmH2O durant 1 mois comparé à un traitement habituel de drainage postural et de percussions s’est également montré inefficace au regard de l’amélioration des paramètres respiratoires, l’autre groupe ayant, quant à lui, été bénéfique. De nombreuses autres études impliquant une pression résistive fixée entre 10 et 20 cmH2O montrent, quant à elles, une amélioration des paramètres respiratoires. Une PEP fixée entre 10 et 20 cmH2O a montré une amélioration de la CV, du VEMS, de la Saturation pulsée en Oxygène (SpO2) et des débits expiratoires maximum (25-75), chez des sujets présentant la mucoviscidose. Ceci montre une diminution de l’obstruction bronchique à tous les niveaux bronchiques (Darbee, et al. 2004), (McIlwaine et al. 1997). Mais l’influence 16 sur les débits expiratoires reste très variable d’un essai clinique à l’autre. En effet, une même fourchette de PEP, mise en œuvre sur des sujets atteints de la même pathologie, n’a montré aucun impact significatif sur ces débits (Darbee et al. 2005). L’augmentation de la SpO2 ou de la pression transcutanée d’oxygène est bien corrélée à la PaO2 (Lagerkvist et al. 2005) et va dans le sens d’un recrutement alvéolaire effectif, mais peut être induite par d’autres facteurs (voir Partie I-1-2). Après avoir inspiré un large volume d’air, expirer ensuite contre une résistance située entre 20 et 35 cmH2O semble aussi être bénéfique puisqu’il y a une amélioration des mêmes paramètres pulmonaires. De plus, ce gain perdure dans le temps : 45 minutes après, il y a une amélioration restante de la CV de +13%, un DEM augmenté de +22% ainsi qu’une diminution du VR de -30%, comparé respectivement à +9%, +1% et -20% pour une PEP de 10 à 20 cmH2O. L’augmentation de la CV montre que le gaz qui faisait partie du VR, et qui était resté dans les poumons a la fin de l'expiration maximale, a été évacué des poumons avant que la fermeture des VA ne se produise (Darbee et al. 2004). D’autres essais cliniques ont été réalisés avec des niveaux de pression expiratoire inférieurs à ceux recommandés par les JIKRI. On retrouve par exemple celui de van Winden et al. (1998) dans lequel une résistance comprise entre 8 et 12 cmH2O ne montre aucun effet significatif sur la fonction pulmonaire. Concernant l’OPEP, aucune différence sur la fonction pulmonaire entre la PEP et la PEP oscillante n’est observée, mis à part une amélioration des échanges gazeux immédiate après l’OPEP, que la PEP ne révèle que plus tard (Myers 2007). En 1984, a été abordé le concept d’un niveau de PEP adapté aux capacités physiques de chaque sujet (Falk et al. 1984). Il correspondait au niveau durant lequel les patients arrivaient à respirer à travers le PEP masque durant 2 minutes, en maintenant ce même niveau de pression à l’expiration sans fatiguer. La moyenne du niveau de PEP appliqué et toléré était finalement de 17 cmH2O, avec des PEP allant de 15 à 30 cmH2O. Il y avait donc une diversité des PEP à appliquer selon chaque individu, sachant qu’il existait entre les participants une grande variabilité inter-individuelle. Mais peu d’études ont abordé ce concept d’individualisation du niveau de PEP. Les bénéfices des divers niveaux de PEP diffèrent selon chaque étude, et aucun n’a montré à l’unanimité un bénéfice supérieur vis-à-vis des autres. 17 Partie II : Méthode, Résultats, Discussion II-1 Synthèse de la littérature, problématique, objectifs de l’étude et hypothèses Le recrutement alvéolaire, ou l’ouverture des voies aériennes, est responsable d’une homogénéisation de la ventilation et du maintien de l’hématose. Un défaut de recrutement provoque des déficiences de ces deux paramètres, retrouvées chez les patients atteints de TVO, TVR ou TVM. En permettant un recrutement alvéolaire, la PEP s’est montrée utile dans le traitement des dysfonctionnements respiratoires. Cependant, les études analysées ne permettent pas de conclure sur un niveau de PEP optimal à régler, en fonction de l’objectif thérapeutique à atteindre. Il n’existe actuellement pas de consensus concernant ses modalités d’application qui varient d’un thérapeute à un autre, et qui ne tiennent pas compte des caractéristiques individuelles des patients. Peu d’études ont analysé l’effet de différents niveaux de PEP bien définis sur la fonction pulmonaire car la majorité des essais cliniques utilisent le PEP masque et une « fourchette » de pression. Ma problématique de recherche s’est orientée vers les modalités d’usage de la PEP : En quoi un niveau de PEP commun améliorerait le recrutement alvéolaire chez des sujets sains aux caractéristiques individuelles différentes ? L’objectif de cette étude est de rechercher s’il existe un niveau de PEP commun à appliquer qui permette d’optimiser le recrutement alvéolaire, objectivé par la TIE, pour tous les sujets. Mes hypothèses de recherche sont : - La PEP permet un recrutement alvéolaire objectivable par TIE, chez tous les sujets sains. - Il existe un niveau de PEP commun où le recrutement serait plus important chez tous les sujets. - Le niveau de PEP permettant le plus fort recrutement est également le plus durable durant les cinq cycles respiratoires Post PEP. 18 II-2 Méthode II-2-1 La population étudiée L’étude expérimentale a été mise en place à la Clinique Universitaire de Saint-Luc, à Bruxelles. Chaque participant a été informé, avant l’expérience, des modalités de celle-ci, et du fait qu’elle s’appliquait dans le cadre de mon Travail Ecrit de Fin d’Etude (TEFE). Les participants à l’étude ont été sélectionnés selon plusieurs critères d’inclusion : - Age > 18 ans - Vt > ou égal à 80% de sa valeur théorique, - VEMS > ou égal à 80% de sa valeur théorique, - CV > ou égal à 80% de sa valeur théorique. En effet une valeur de CV et Vt égale à 80% de la valeur théorique est considérée « normale ». Les critères d’exclusion étaient : - Un encombrement des voies aériennes au moment de l’expérience - Trouble ventilatoire obstructif avec un rapport de Tiffeneau < 70% - Incompréhension des consignes - Antécédent de pneumothorax L’étude a été effectuée sur 14 participants sains, 7 hommes et 7 femmes, tous étant des stagiaires kinésithérapeutes au sein de l’établissement, âgés de 20 à 26 ans. II-2-2 Protocole Les sujets étaient installés sur un siège avec dossier. La ceinture d’électrodes connectées au tomographe était située sous la poitrine, au niveau du sixième espace intercostal. Il était au préalable demandé aux sujets de rester bien assis au fond du siège durant toute l’expérience afin que les électrodes captent correctement, et de ne pas parler durant celle-ci. Les participants devaient expirer contre quatre résistances de valeurs différentes, déterminées par la tension du ressort, de 5, 10, 15 et 20 cmH2O. L’ordre des niveaux de PEP appliqués, réglés par l’examinateur, était randomisé grâce au logiciel Randomizer.org, et variait d’un sujet à l’autre. Ceci afin de limiter l’effet de fatigabilité qui aurait pu être un biais de l’expérience, si les PEP avaient été appliquées de manière croissante. 19 Suite au lancement de l’enregistrement de l’expérience sur le Pulmovista, il était demandé aux sujets de respirer calmement, à leur ventilation de repos (Vt), durant une minute, objectivée par un chronomètre. Ensuite, ils devaient inspirer au maximum de leur volume de réserve inspiratoire en dehors de la PEP, et expirer de manière légèrement active dans la résistance imposée par le Threshold PEP, jusqu’à la fin de leur volume de réserve expiratoire. Il leur était donc demander de vider leur poumon au maximum. Ils répétaient cette inspiration maximale et expiration contre la pression résistive 5 fois. Puis, les sujets ventilaient de manière spontanée, afin de retrouver une ventilation de repos, durant 1 minute. Une autre pression résistive était apposée au niveau de leur bouche, et 5 nouvelles répétitions d’expiration contre celle-ci, suite à une inspiration maximale, leur étaient demandées. Il y eu ainsi durant l’expérience, une minute de ventilation spontanée de repos suivie de 4 séries de 5 répétitions d’inspiration maximale et d’expiration totale contre la PEP, entrecoupées chacune d’une minute de repos, et enfin une minute de repos après la quatrième série (Figure 8). Recueil des données sur le Pulmovista Consignes et randomisation 1 minute 1 minute 1 minute 1 minute 1 minute ventilation ventilation ventilation ventilation ventilation spontanée spontanée spontanée spontanée spontanée PEP 1 PEP 2 PEP 3 PEP 4 Figure 7 : Méthodologie simplifiée du protocole mis en place A la fin de l’expérience, il était demandé aux participants leur ressenti vis-à-vis de la PEP, s’ils avaient été gênés par des effets indésirables induits par la résistance. II-2-3 Matériel utilisé et mesures effectuées a) Spirométrie Une spirométrie forcée et simple a été effectuée au préalable de l’expérience afin de déterminer si les sujets remplissaient tous les critères d’inclusion, grâce à un spiromètre 20 portatif USB branché sur un ordinateur. La spirométrie a été effectuée avec un pince-nez, qui sera gardé tout au long de l’expérience. b) Mesures effectuées par le TIE La mesure du recrutement alvéolaire durant mon expérience a été effectuée par un tomographe par impédance électrique : le PulmoVista® 500 (Photo 1)4. La ceinture comprenant les 16 électrodes et reliée au tomographe était placée autour du thorax, sous la poitrine. Photo 1 : Le Pulmovista® 500 La comparaison de la valeur absolue de l’impédance ne montre pas d’intérêt pratique car elle dépend de la position de la région étudiée par rapport aux électrodes de surface et de la résistance cutanée de chaque sujet. Les valeurs d’impédance doivent être exprimées en variation relative par rapport à leur niveau de référence. (Richard & Guérin 2005) Les mesures d’impédance seront alors exprimées en pourcentage d’une Impédance de Référence (Iref), afin de pouvoir comparer les sujets entre eux. Suite à une transposition des fichiers du Pulmovista sur Microsoft Excel, nous obtenons une courbe de l’impédance par rapport au temps. Le tomographe fournit un grand nombre de mesures enregistrées par seconde. Pour l’analyse de ces mesures, je n’ai retenu que les points correspondants aux sommets inférieurs de la courbe (-1) qui représentent l’impédance au volume télé-expiratoire (impédance minimale), et supérieurs de la courbe (+1) qui représentent l’impédance au volume de fin d’inspiration. Les variables mesurées sont : L’impédance minimale pendant la PEP et Post-PEP sur 5 cycles respiratoires. Comme décrit dans la première partie, il est possible d’objectiver le recrutement alvéolaire lorsque l’on observe une augmentation de la CRF, soit une augmentation du VRE et du VR. De plus, les participants à l’étude ne présentent pas de troubles respiratoires, et donc théoriquement pas d’encombrement bronchique ni d’hyperinflation pulmonaire. Le recrutement alvéolaire induit par la PEP sera alors bien objectivable par l’augmentation du volume pulmonaire, c’est-à-dire l’augmentation de la CRF et du Vt. Ainsi, grâce aux points -1 4 Source : http://campaigns.draeger.com/pulmovista500/fr/ 21 de la courbe (point de fin d’expiration) de l’impédance par rapport au temps, il est possible d’observer un recrutement alvéolaire lors d’une augmentation de leur valeur. La moyenne des points -1 durant la première minute de l’expérience a été calculée de telle sorte qu’elle serve d’impédance minimale de référence (Iref). (Figure 8, p.22) La comparaison de l’impédance minimale entre les différents niveaux de PEP est exprimée en pourcentage de l’Iref pour chaque sujet. (Tableau 1 et Figure 9, p.24-25) L’impédance minimale Post-PEP a été mesurée sur 5 cycles respiratoires suivant la PEP. Elle est exprimée en pourcentage de l’Iref. (Tableau 3 et Figure 10, p.26) Figure 8 : Courbe de l’impédance par rapport au temps, chez le sujet n°3 Légende de la Figure 8 : Iref : moyenne de l’impédance des points -1 avant la respiration avec la PEP 1, colorés en bleu ciel Impédance minimale pendant les PEP : moyenne de l’impédance des points -1 colorés en noir Impédance minimale post PEP : moyenne de l’impédance des points -1 colorés en rouge Pref PEP 1 : Point de référence d’impédance minimale pour la PEP 1, qui permettra le calcul de l’augmentation du recrutement alvéolaire et du nombre de cycles où s’effectue un recrutement visible pendant la PEP. 22 Les variations d’impédance globale permettant d’objectiver l’impédance durant l’inspiration Le recrutement peut également être objectivé lors d’une augmentation du Vt, j’ai donc mesuré les variations d’impédance durant l’inspiration (correspondant à la différence entre les points +1 et -1). Ces variations sont exprimées en pourcentage (%) des variations d’impédance durant l’inspiration de repos. (Tableau 1 et Figure 9) Le nombre de cycles respiratoires où il se produirait un recrutement alvéolaire Selon la méthode se basant sur l’augmentation ou la diminution de l’impédance minimale, représentant ou non un recrutement alvéolaire, il est possible d’objectiver le nombre de cycles respiratoires où s’effectue un recrutement effectif (Erlandsson, 2006). On peut parler de recrutement pendant la PEP lorsque l’on observe une augmentation de l’impédance minimale par rapport à Pref. Ce qui représenterait une augmentation du VR au niveau respiratoire. L’évolution de l’impédance pendant la PEP a été mesurée en calculant la différence entre les valeurs d’impédance minimale suite à l’expiration et le point -1 faisant suite à la première expiration contre PEP (Pref). La différence peut être positive ou négative, et l’augmentation ou la diminution vis-à-vis de Pref est exprimée en % de Pref (Tableau 2, p.25). Lorsque cette différence est positive, on a un recrutement objectivable directement par le TIE. En Post-PEP, un recrutement s’effectue lorsque la valeur de l’impédance minimale est supérieure à celle de repos Iref, ce qui signifie que la CRF a augmenté. La Fréquence Respiratoire Elle a été calculée durant la minute de repos succédant chaque PEP. Le récapitulatif des FR après chaque niveau de PEP est présenté en Annexe 8 (Tableau 5). c) Le type de PEP utilisé Dans le cadre de mon étude, j’ai utilisé un Threshold PEP (cf. I-2-4-a), afin que la pression expiratoire ait la même valeur durant toute l’expiration, comme décrit précédemment. II-2-4 Modalités de traitement des données Les résultats sont exprimés sous forme de moyennes et d’écarts-types (x̄ ± SD). 23 La comparaison des moyennes a été réalisée grâce à une analyse de la variance (ANOVA) pour mesures répétées lorsque les résultats suivaient une loi normale, sinon un test non paramétrique (Test de Friedman) a été utilisé. En effet, nous sommes dans le cadre d’une expérience où une même grandeur a été mesurée plusieurs fois sur les mêmes sujets, afin de suivre son évolution lors des différentes situations, notamment lors des différents niveaux de PEP. Le seuil de signification statistique retenu est p < 0.05. II-3 Présentation des résultats En raison de défauts de captage de la ceinture d’électrodes lors des expirations maximales, les données d’un sujet n’étaient pas analysables. Les données de treize participants ont donc été analysées, le tableau de leurs caractéristiques individuelles est présenté en Annexe 9. Chez ces treize participants, certaines données aberrantes, liées à la ceinture d’électrodes, ont été exclues ; ceci est indiqué lorsque le n (nombre de participants) est diminué. Résultats obtenus pendant les cycles respiratoires effectués avec la PEP 12 PEP 15cmH2O 12 PEP 20cmH2O 12 72,2 ± 55,3 63,9 ± 50,0 68,4 ± 55,0 10 10 10 PEP 5 cmH2O PEP 10 cmH2O n 12 Impédance minimale (% Iref) 71,1 ± 56,6 x̄ ± SD n 10 Variation d'impédance (%) 620,6 ± 232,2 x̄ ± SD 630,5 ± 255,1 p NS5 621,3 ± 263,4 627,7 ± 224,9 NS Tableau 1: Comparaison de l’influence des différents niveaux de PEP sur l’impédance minimale et les variations d’impédance à l’inspiration Aucune différence significative entre les différents niveaux de PEP n’a été montrée sur l’impédance minimale et sur la variation d’impédance durant l’inspiration. 5 NS signifie Non statistiquement Significatif 24 900 % 800 700 Impédance minimale 600 500 400 Variation d'impédance 300 200 100 0 PEP 5 cmH2O PEP 10 cmH2O PEP 15cmH2O PEP 20cmH2O Figure 9 : Les différents niveaux de PEP et leur influence sur l’impédance minimale et sur la variation d’impédance à l’inspiration n Augmentation de l'impédance (% Pref) x̄ ± SD n Nb de cycles recrutement (%) x̄ ± SD PEP 5 cm H2O 8 PEP 10 cmH2O 8 PEP 15 cmH2O 8 PEP 20 cmH2O 8 41,8 ± 59,3 0,1 ± 22,2 -8,6 ± 17,8 -0,8 ± 30,5 10 10 10 10 78 ± 30 55 ± 39 60 ± 36 55 ± 40 p 0.036 NS Tableau 2 : Comparaison de l’augmentation de l’impédance minimale par rapport à l’impédance de Pref et du nombre de cycles où un recrutement est objectivable, selon les différents niveaux de PEP Nous obtenons des différences significatives concernant l’augmentation de l’impédance lors de la respiration contre les quatre niveaux de pression. Il n’y a pas de différence significative entre les niveaux de PEP dans le nombre de cycles respiratoires où s’effectue un recrutement alvéolaire objectivable directement. 25 Résultats obtenus lors des 5 cycles respiratoires Post-PEP n Impédance minimale (% Iref) x̄ ± SD n Variation d'impédance (%) x̄ ± SD Post PEP 5 cmH2O 12 Post PEP 10 cmH2O 12 Post PEP 15 cmH2O 12 Post PEP 20 cmH2O 12 105,5 ± 45,2 118,6 ± 62,4 94,6 ± 22,2 96,9 ± 28,9 13 13 13 13 137,1 ± 66,3 147,5 ± 55,4 160,6 ± 92,4 146,4 ± 60,8 p NS NS Tableau 3 : Comparaison de l’impédance minimale et de la variation d’impédance durant l’inspiration lors des 5 cycles Post-PEP, après chaque niveau de PEP Aucune différence significative après les différents niveaux de PEP n’a été montrée sur l’impédance minimale ou sur la variation d’impédance durant l’inspiration, ni sur le nombre de cycles respiratoires Post-PEP où s’effectue un recrutement alvéolaire. 250 % 200 Impédance minimale 150 100 Variation d'impédance 50 0 Post PEP 5 cmH2O Post PEP 10 cmH2O Post PEP 15 cmH2O Post PEP 20 cmH2O Figure 10 : L’impédance minimale et la variation d’impédance à l’inspiration lors des 5 cycles respiratoires Post-PEP n= Nb de cycles recrutement (%) x̄ ± SD Post PEP 5 Post PEP 10 Post PEP 15 Post PEP 20 cm H2O cmH2O cmH2O cmH2O 12 12 12 12 33 ± 39 35 ± 41 22 ± 27 28 ± 39 p NS Tableau 4 : Comparaison du nombre de cycles respiratoires où s’effectue un recrutement pendant les cycles respiratoires Post PEP 26 Discussion Analyse des résultats Aucun niveau de PEP ne montre un effet significativement supérieur aux autres. En effet, au vu de mes résultats, je ne peux conclure sur un niveau de PEP qui permettrait d’augmenter la CRF ou le volume inspiré pour tous les sujets, de façon supérieure aux autres. Il était demandé aux sujets d’expirer contre le Threshold PEP jusqu’à la fin de leur VRE, il est donc normal que l’impédance télé-expiratoire soit inférieure à l’Iref où les sujets respiraient à leur volume courant. On remarque cependant que les PEP à 5 cmH2O et à 10 cmH2O donnent une impédance minimale supérieure aux deux autres et de ce fait, induiraient un volume résiduel supérieur aux autres PEP ; mais ceci de manière non significative. Aucune conclusion n’est possible quant à l’évolution du recrutement durant la PEP (Tableau 2). En effet certains sujets montrent une augmentation linéaire de l’impédance minimale au fil des répétitions des expirations, et donc augmentent leur VR. Alors que d’autres tendent plutôt à dérecruter, en diminuant leur VR. Ceci varie selon chaque sujet et chaque niveau de PEP (Annexe 10). Le recrutement alvéolaire n’est donc pas objectivable directement par TIE chez tous les sujets, lors d’une expiration complète. Une de nos hypothèses n’est pas vérifiée. On note cependant que la PEP à 5 cmH2O présente une augmentation du recrutement très disparate pouvant aller jusqu’à plus de 100% de la valeur de Pref. De plus, c’est avec ce niveau que l’on observe le plus grand nombre de cycles où s’effectue un recrutement alvéolaire objectivable par une impédance minimale supérieure à celle de Pref (Tableau 2). Sur les 5 cycles respiratoires Post-PEP, les comparaisons des moyennes (Tableaux 3 et 4) ne permettent pas de ressortir un niveau de pression davantage bénéfique. Certes les moyennes d’impédance minimale sont supérieures pour les pressions de 5 et 10 cmH2O, mais les écartstype le sont également. L’objectif de ce travail est de trouver un niveau commun de PEP qui optimiserait le recrutement en l’augmentant dans sa valeur et dans sa durée, pour tous les sujets. Les écarts-types, représentant la dispersion des valeurs autour de leur moyenne et donc la différence de réponse des sujets face à chaque niveau de PEP, jouent donc un rôle important dans l’interprétation des résultats. En comparant ensemble tous les participants à l’étude, on remarque qu’on ne peut tirer de résultats significatifs. L’étude réalisée ne permet pas de valider les hypothèses émises. Les niveaux de PEP de 5 et 10 cmH2O semblent être les pressions où la majorité des sujets 27 recrute, mais on ne peut parler de pertinence clinique car certains sujets vont décaler leur ventilation dans leur VRE pour ces mêmes niveaux, ce qui serait contraire à l’objectif clinique d’ouvrir les VA. Cependant, au vu des courbes des sujets lors de leur ventilation avec PEP, il est possible de les regrouper en deux groupes : un où l’impédance minimale reste très élevée même lors de l’expiration totale (> 90% Iref), et un où l’impédance reste nettement plus basse. En recherchant une relation entre les caractéristiques individuelles des sujets et l’impédance mesurée témoignant du recrutement alvéolaire, on remarque que chez les sujets dont l’IMC est inférieur à 22, l’impédance minimale est nettement supérieure en fin d’expiration à celle Impédance en % de l'Iref des autres sujets pour n’importe quel niveau de PEP (Figure 11). 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 19,00 PEP 5 PEP 10 PEP 15 PEP 20 21,00 23,00 25,00 27,00 29,00 IMC Figure 11 : Comparaison de l’impédance minimale avec la PEP selon l’IMC des sujets L’IMC aurait une influence sur le potentiel de recrutement individuel. Mais afin de confirmer cette nouvelle hypothèse, il faudrait mener une étude avec davantage de participants pour tirer une quelconque conclusion de ces observations. Points positifs et négatifs de l’étude expérimentale : Concernant la méthodologie, je me suis rendue compte, qu’il aurait été plus judicieux de réaliser des inspirations et expirations à volume courant pendant que la PEP était appliquée. En effet, les courbes obtenues auraient immédiatement évalué le recrutement pendant la PEP par supériorité ou non de l’impédance minimale par rapport à l’Iref. On aurait directement vu l’évolution de la CRF, et non uniquement celle du VR que l’on peut observer dans mon expérience lors de l’application de la PEP. Nous aurions aussi directement vu l’augmentation du volume inspiré, par rapport à celui de repos, si les sujets ventilaient à volume courant. 28 Les consignes d’inspiration maximale et expiration jusqu’à la fin de leur VRE étaient des consignes claires, qui permettaient aux participants de réaliser les cycles respiratoires contre la PEP de manière répétable. Cependant, en calculant les variations d’impédance entre la fin d’expiration et la fin d’inspiration, nous nous rendons compte que certains sujets répétaient des expirations quasi-similaires mais que d’autres expiraient jusqu’à 31,6% de moins que les expirations effectuées contre la première PEP mise en place. Ceci peut être dû à l’augmentation de la difficulté lorsque le niveau de PEP est élevé mais peut également être considéré comme un biais de suivi. Des biais d’attrition sont également présents dans mon étude. En effet, les électrodes ne captaient pas toujours correctement lors de l’expiration contre la PEP. Cela m’a contraint à exclure parfois certains sujets (n diminué) et est responsable de données manquantes. La TIE est reconnue comme un outil de mesure validé et constitue un point fort de l’expérimentation (Putensen et al. 2007). Cependant, elle ne permet pas de distinguer un recrutement d’une hyperinflation pulmonaire. La randomisation de l’ordre des niveaux de PEP appliqués a permis à mon étude de positionner les participants en aveugle vis-à-vis du traitement reçu, et le choix du Threshold PEP permettait aux sujets d’expirer contre le même niveau de PEP, non dépendant de leur débit expiratoire (Christensen EF. et al. 1995). Cette étude est limitée car les sujets inclus ne sont pas représentatifs de la population concernée par l’utilisation de la PEP. Mais elle constitue une étude préliminaire à une prochaine étude qui inclurait des sujets atteints de pathologies respiratoires. Comme dit précédemment, les études ayant comparé précisément plusieurs niveaux de pression à l’aide d’une résistance seuil sont peu nombreuses. Et lorsqu’elles montrent un niveau plus bénéfique que les autres, on s’aperçoit de leurs faiblesses méthodologiques (van der Schans, 1991). Cette expérimentation se rapproche de celle de Gualdi, L et al. (2014) qui ont étudié l’impact de différents niveaux de PEP, à l’aide d’un Threshold PEP, sur la mécanique ventilatoire de sujets atteints de mucoviscidose et de sujets sains du même âge. Ils en ont conclu que la PEP permettait aux deux groupes une augmentation du Vt mais de manière moindre chez les sujets atteints. Les résultats obtenus chez les sujets sains de mon étude seraient donc surement diminués chez des sujets malades. Lors d’une application clinique, la pression à appliquer devra être supérieure chez des sujets atteints car les pressions d’ouverture d’alvéoles sont supérieures quand celles-ci sont affaissées, comme décrit par Gattitoni et al. (2010). 29 Conclusion La problématique de mon étude était : En quoi un niveau de PEP commun améliorerait le recrutement alvéolaire chez des sujets sains aux caractéristiques individuelles différentes? L’étude de la littérature m’a permis de me rendre compte qu’il n’existait aucun consensus sur la manière dont la PEP devait être utilisée. Afin de montrer les effets de différents niveaux de PEP sur la fonction respiratoire, un protocole expérimental où 4 niveaux différents étaient testés a été mis en place. La TIE a permis d’analyser le recrutement alvéolaire par augmentation de la CRF ou du VR ainsi que du Vt. L’analyse des résultats ne montre pas de niveau de PEP commun à tous les sujets qui induirait un recrutement alvéolaire plus fort que les autres. Cette étude constitue une étude préliminaire qui permet d’observer les adaptations de la fonction respiratoire, en fonction des niveaux de pression appliqués, chez chaque participant. L’intérêt de cette étude était de déterminer un niveau de PEP bénéfique chez tous les participants sains, qui aurait ensuite été mis en place chez des sujets atteints d’une pathologie respiratoire. L’objectif clinique serait d’optimiser l’utilisation de cette technique instrumentale en connaissant le niveau de PEP adapté au patient. Chaque participant a réagi différemment aux niveaux de PEP, mais en comparant les réponses de la fonction pulmonaire, on remarque que les caractéristiques individuelles peuvent influencer le recrutement alvéolaire, quelque soit le niveau de résistance appliqué (Figure 11). Il serait intéressant de rechercher, sur un échantillon plus important et avec plusieurs groupes de participants à faible variabilité inter-individuelle, s’il existe une corrélation entre les caractéristiques individuelles et le potentiel de recrutement alvéolaire. Ceci permettrait d’optimiser la prise en charge en l’adaptant au sujet qui se trouve devant nous. Ce travail m’a permis d’avoir un regard critique au vu de ce qui se fait dans la pratique professionnelle. En étudiant la littérature, et en tenant compte de la qualité méthodologique des études, j’ai su prendre du recul quant aux conclusions qui émanent des essais cliniques. Grâce à ce travail de recherche, je m’aperçois qu’actualiser régulièrement ses connaissances à l’aide de recherches scientifiques, tout en gardant un esprit critique sur ce qui se dit, est la meilleure façon d’optimiser sa pratique professionnelle. 30 Bibliographie Aboab, J., Rouen, D. & Care, I., 2002. 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VRI : Volume de Réserve Inspiratoire : volume d’air supplémentaire qui peut être inspiré après une inspiration normale VRE : Volume de Réserve Expiratoire : volume d’air supplémentaire qui peut être exhalé après une expiration normale VR : Volume Résiduel : volume restant dans les poumons après une expiration maximale CPT : Capacité Pulmonaire Totale : somme de tous les volumes pulmonaires CV : Capacité Vitale : totalité des volumes mobilisables CRF : Capacité Résiduelle Fonctionnelle : volume restant dans les poumons après une expiration normale CE : Capacité Expiratoire : volume d’air pouvant être exhalé après une inspiration normale CI : Capacité Inspiratoire : volume d’air pouvant être inhalé après une expiration normale 6 Source : (Kharfi 2013) Annexe 2 : Fiche de lecture 1 Référence : Rogers, D. & Doull, I.J.M., 2005. Physiological principles of airway clearance techniques used in the physiotherapy management of cystic fibrosis. Current Paediatrics, 15(3), pp.233–238.. Localisation : Disponible sur internet grâce au lien suivant : http://www.fundacionfibrosisquistica.org/guias_articulos/2005/Physiological%20principles% 20of%20airway%20clearance.pdf Information sur les auteurs : Diane Rogers est une physiothérapeute travaillant à la clinique universitaire de Wales, à Cardiff. Elle a écrit plusieurs articles concernant la kinésithérapie respiratoire, plus particulièrement chez les enfants atteints de mucoviscidose. Elle s’est également penchée sur la physiologie respiratoire et sur l’impact des manœuvres de kinésithérapie sur cette physiologie. Doull I.J.M est un docteur spécialisé en pneumologie travaillant dans la même clinique que D. Rogers. Il a commencé à publier des articles en 1986, dont la majorité traite des pathologies respiratoires chez les enfants. Sources : http://www.physiotherapyjournal.com/article/S0031-9406%2805%29664322/abstract et http://researchindex.net/author/Doull,_I.J.M./537132f026184448c561b9db Sujet traité : L’article présente les différentes techniques de désencombrement bronchique les plus souvent utilisées dans le cadre de patients atteints de mucoviscidose, et identifie les principes physiologiques de chaque technique. L’objectif de cet article est de comprendre l’impact des manœuvres sur la physiologie respiratoire. Mots-clés : Mucoviscidose, Pédiatrie, Physiologie, Principes, Techniques de désencombrement. Résumé sélectif : Introduction : La mucoviscidose est une pathologie se manifestant principalement par une insuffisance pancréatique et une infection pulmonaire chronique, cette dernière étant la majeure cause de la morbidité et mortalité de cette maladie. Avec l’antibiothérapie, la kinésithérapie occupe une grande part du traitement des troubles respiratoires. Ce traitement kinésithérapeute doit être individualisé pour chaque patient. Il peut se constituer de techniques de désencombrement bronchique associées à une toux efficace, d’aérosolthérapie, d’éducation thérapeutique, voire d’oxygénothérapie et de ventilation non invasive. Méthode : Cet article nous présente une vue d’ensemble sur les techniques les plus couramment utilisées chez les enfants atteints de mucoviscidose, et leurs effets sur la physiologie respiratoire, grâce à une étude ciblée de la littérature. Résultats : Concernant les techniques de désencombrement bronchique, différents principes physiologiques sont à l’origine de leur application thérapeutique. Par exemple, l’aide de la gravité pour l’évacuation du mucus retenu dans les voies aériennes explique l’intérêt que possède le drainage postural. Les dispositifs introduisant une pression positive et/ou des oscillations dans l’arbre bronchique tels que le PEP masque, où PEP signifie : Pression Expiratoire Positive, et le flutter font également partie de ces manœuvres de désencombrement. La thérapie par PEP masque, avec une pression à mi-expiration comprise entre 10 et 20 cmH2O, est basée sur le principe de la ventilation collatérale. Celui-ci suggère que l’air peut se déplacer entre deux alvéoles via divers canaux anatomiques. Chez des adultes atteints de pathologies obstructives, la résistance des voies aériennes est augmentée mais pas celle des canaux collatéraux. On observe une augmentation de la ventilation collatérale. En pratique clinique, la PEP permet à davantage d’air d’entrer dans les poumons durant l’inspiration, et à une augmentation de ce volume d’air en amont des sécrétions aidant à la mobilisation de celles-ci. La High PEP, usant de pression atteignant 40 à 100 cmH2O, ajoute à ce principe le fait qu’elle permette au patient d’expirer à un volume plus grand que sa capacité vitale forcée habituelle. La Capacité Vitale Forcée (CVF) correspond au « volume maximum d’air expulsé au cours d’une expiration effectuée le plus rapidement et le plus complètement possible en partant de la position d’une inspiration complète. ». D’après une source externe : http://www.rirlorraine.org/rirlor/jsp/site/Portal.jsp?page_id=406 Enfin, les principes auxquels répondent les dispositifs à PEP oscillante se résument à : l’augmentation du diamètre des voies aériennes, les vibrations provoquées facilitent la mobilisation du mucus et provoquent des répétitions d’accélération du flux expiratoire favorisant son évacuation vers les bronches proximales. L’avantage de ces thérapies par PEP est l’autonomie du patient vis-à-vis de ces dispositifs, suite à une éducation thérapeutique effectuée. Pistes de lectures complémentaires : Lannefors L, Wollmer P. Mucus clearance with three chest physiotherapy regimes in cystic fibrosis: a comparison between postural drainage, PEP and physical exercise. Eur Respir J 1992;5:748–53 Samuels S, Samuels M, Dinwiddie R, Prasad A. A survey of physiotherapy techniques used in specialist clinics for cystic fibrosis in the UK. Physiotherapy 1995;82:279–83 Lannefors L, Button B, McIlwaine M. Physiotherapy in infants and young children with cystic fibrosis: current practice and future developments. J Soc Med 2004;97 (Suppl. 44):8–25 Commentaire : Cet article a la qualité de nous justifier l’usage des techniques de désencombrement chez des enfants atteints de mucoviscidose en se basant sur des principes physiologiques. Il est synthétique quant à ces principes, il aurait fallu plus d’explications visà-vis de la mécanique respiratoire pour vraiment visualiser les mécanismes exposés. De plus, il nous liste les différents moyens d’évacuation du mucus sans pour autant les comparer, nous ne pouvons donc tirer de conclusion quant à l’efficacité de celles-ci. Il faudrait rechercher d’autres études qui compareraient ces techniques, comme la première référence présente dans mes pistes de lectures complémentaires. Annexe 3 : Figure 12 : La PEP dans la diminution de l’hyperinflation2 Annexe 4 : Figure 13 : La PEP dans le désencombrement des voies aériennes2 Annexe 5 : Figure 14 : Description schématique du PEP masque et illustration des différents modèles de PEP continue3 De gauche à droite : PariPEP®, Threshold PEP®, TheraPEP® et PEPmask® Annexe 6 : Fiche de lecture 2 Référence : Fagevik Olsén, M., Lannefors, L. & Westerdahl, E., 2014. Positive expiratory pressure - Common clinical applications and physiological effects. Respiratory medicine, pp.1–11. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25573419 [Accessed January 19, 2015]. Localisation : Disponible sur internet grâce au lien suivant : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25573419 Présentation de l’auteur : Monika Fagevik Olsén est une kinésithérapeute et enseignante à la clinique universitaire Sahlgrenska, en Suède. Elle a publié divers articles traitant de kinésithérapie respiratoire, de rééducation post-partum et d’autres sujets. Sujet traité : L’objet de cet article est de décrire l’objectif, la performance et les modalités d’application clinique de la Pression Expiratoire Positive (PEP) ainsi que l’impact physiologique qui en découle, selon les différents buts fixés vis-à-vis de la ventilation. Mots-clés : PEP, Volume pulmonaire, Hyperinflation, Désencombrement. Résumé sélectif : Introduction : La PEP est utilisée chez des personnes présentant des pathologies respiratoires, neurologiques ou qui vont subir une opération chirurgicale. Les trois indications communes de cette thérapie sont : l’augmentation du volume pulmonaire, plus particulièrement du Volume courant (Vt) et de la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF), la réduction de l’hyperinflation et l’amélioration du dégagement des voies respiratoires. Méthode : Fagevik M. et al. se sont inspirés de nombreuses études et revues de littérature afin de publier cet article traitant des objectifs de la PEP et des modalités d’usage en découlant. Résultats : Les auteurs ont pu rédiger une revue de littérature décrivant les modalités d’application clinique de la PEP. Selon le patient et l’objectif à atteindre, les modalités d’application de la PEP diffèrent. Lorsqu’il s’agit d’augmenter le volume pulmonaire, les instructions données aux patients par les thérapeutes varient. Il peut leur être demandé de respirer spontanément, de prendre des volumes supérieurs à ceux de repos ou encore d’inspirer profondément, puis d’expirer de manière légèrement active contre la résistance. L’objectif est de maintenir une pression à mi- expiration comprise entre 10 et 20 cmH2O. La durée du traitement et le nombre de cycles respiratoires sont individualisés pour chaque patient. On observe alors une augmentation de la CRF et du Vt. Les explications physiologiques de l’augmentation de la CRF sont : le fait de diminuer le débit expiratoire par la PEP et d’augmenter le temps inspiratoire qui conduit à un plus faible volume expiré, le rôle de la ventilation collatérale pourrait également expliquer la ré-inflation des voies collabées. Dans le cadre de l’hyperinflation, le but de la PEP est d’améliorer les échanges gazeux et de diminuer le travail durant la respiration. L’hyperinflation pulmonaire ou distension pulmonaire correspond à « un volume excessif de gaz intraparenchymateux » d’après http://www.em-consulte.com/rmr/article/212445. Les instructions données sont alors d’inspirer normalement et de prolonger chaque expiration contre la PEP de façon, au fur et à mesure, à diminuer la CRF jusqu’à un niveau se rapprochant d’une CRF normale. La PEP est alors réglée entre 5 et 10 cmH2O. Au niveau physiologique, la PEP permettrait alors de diminuer le collapsus des voies aériennes et d’augmenter le volume expiré et ainsi de diminuer la CRF. Réduire l’hyperinflation nous mène ensuite à une amélioration de la distribution de la ventilation et des échanges gazeux. La PEP peut également être utilisée à visée de désencombrement bronchique. L’objectif est dans ce cas d’augmenter la CRF et le Vt dans le but de recruter des voies respiratoires collabées afin d’amener de l’air en amont des sécrétions, puis d’effectuer des techniques de fluctuation du flux expiratoire pour évacuer le surplus de mucus. Lors de la présence de voies collabées, l’air reste piégé dans certaines parties du poumon. Trois méthodes thérapeutiques utilisant la pression positive sont employées : La PEP, l’HiPEP et l’OscPEP. Une variante de la thérapie par PEP, nommée HiPEP, consiste à effectuer plusieurs cycles respiratoires avec une expiration forcée contre la résistance puis d’effectuer deux à trois fois des respirations jusqu’à la CVF contre cette même résistance. Le but de l’HiPEP est d’augmenter la CRF afin de recruter des territoires pulmonaires collabés, comme la PEP. Il existe également des PEP oscillantes (OscPEP). Les sujets doivent inspirer davantage qu’au repos, retenir leur respiration brièvement puis expirer activement jusqu’à un niveau de CRF inférieur à celui de repos. Les oscillations diminueraient les propriétés visco-élastiques du mucus et aideraient à sa mobilisation. Pistes de lectures complémentaires : Elkins MR, Jones A, van der Schans C. Positive expiratory pressure physiotherapy for airway clearance in people with cystic fibrosis. Cochrane Database Syst Rev 2006 Apr 19;2 Urell C, Emtner M, Hedenström H, Tenling A, Breidenskog M, Westerdahl E. Deep breathing exercises with positive expi- ratory pressure at a higher rate improve oxygenation in the early period after cardiac surgery e a randomised controlled trial. Eur J Cardiothorac Surg 2011;40:162-7 Spahija JA, Grassino A. Effects of pursed-lips breathing and expiratory resistive loading in healthy subjects. J Appl Physiol 1996;80:1772-84. Commentaire : Cette revue de littérature permet de rattacher les modalités d’usage de la thérapie par Pression Expiratoire Positive à un objectif précis, du à un trouble ventilatoire identifié. Elle me parait pertinente car elle justifie les objectifs de la PEP en fonction des dysfonctionnements de la mécanique ventilatoire. Cependant, les pressions à appliquer ne sont pas précisées dans tous les cas, comme lors de la description de l’application de la PEP dans le cadre du désencombrement bronchique. De plus, lorsqu’une fourchette de pressions est proposée en fonction du but à atteindre, les auteurs ne justifient pas le choix de telles pressions. La justification des niveaux de pression à appliquer selon les objectifs à atteindre, par la comparaison d’essais cliniques randomisés étudiant différents niveaux de PEP, serait à rechercher pour compléter cette revue. Annexe 7 : Fiche de lecture 3 Référence : van der Schans, C.P. et al., 1991. Effect of positive expiratory pressure breathing in patients with cystic fibrosis. Thorax, 46, pp.252–256. Localisation : Disponible sur internet au lien suivant : http://thorax.bmj.com/content/46/4/252.long Présentation de l’auteur : C.P. van der Schans est un physiothérapeute et un professeur au sein de l’université de Groningen, aux Pays-Bas. Il a écrit de nombreux articles pour la base de données du CIRRIE (Center for International Rehabilitation Research Information and Exchange) traitant de divers sujets comme la kinésithérapie respiratoire, les lombalgies, les paralysies cérébrales, … Sources : http://cirrie.buffalo.edu/database/authors/6424 et http://www.umcg.nl/EN/Research/Researchers/Faculty/Paginas/Schans,vanderCP.aspx Sujet traité : Cet article est une étude expérimentale visant à comparer les effets d’un niveau de PEP à 5 cmH2O, à ceux d’un niveau de PEP de 15 cmH2O, chez des sujets atteints de mucoviscidose, sur le volume de gaz thoracique à la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF) et à la Capacité Pulmonaire Totale (CPT). Mots-clés : Mucoviscidose, Pression expiratoire positive, Toux, Volume de gaz thoracique, Capacité pulmonaire totale, Capacité résiduelle fonctionnelle. Résumé sélectif : Introduction : Chez des sujets atteints de mucoviscidose, la rétention de mucus est responsable d’infection bronchique à l’origine de la détérioration de la fonction respiratoire. Les techniques de kinésithérapie telles que les expirations forcées et la toux ont pour but d’améliorer le transport du mucus. La PEP vise à augmenter la pression intra-bronchique ce qui va augmenter le gradient de pression entre les alvéoles ouvertes et fermées, et à augmenter la CRF afin de diminuer les résistances dans les petites VA et voies collatérales. Cependant les études sont contradictoires vis-à-vis de l’effet de la PEP sur la fonction pulmonaire et sur l’hématose. Méthode : van der Schans, C.P. et al. ont mis en place 3 protocoles chez 8 sujets atteints de mucoviscidose. Le protocole A sert de protocole contrôle, où il est demandé aux patients de tousser afin d’expectorer au mieux. Ses résultats serviront de référence aux deux autres car c’est l’état de base du sujet. Dans le protocole B, les sujets doivent respirer à travers un PEP masque Vital signs, relativement indépendant vis-à-vis du débit expiratoire, réglé à 5 cmH2O. Ceci répété 5 fois, et suivi d’une consigne de tousser afin de dégager ses VA. Dans le protocole C, les modalités sont identiques au protocole B, mis à part que la pression choisie sur le masque est de 15 cmH2O. Le volume de gaz thoracique a été mesuré avant les protocoles, durant, et après ces derniers. Résultats : Durant la respiration contre la PEP fixée à 5 cmH2O (protocole B), nous observons une augmentation significative du volume pulmonaire (de la CRF et de la CPT) respectivement de +1 litre et +0.8 litre par rapport à l’état de référence mesuré lors du protocole A. Durant le protocole C, nous notons également une augmentation de la CRF et de la CPT de +1.8 litres pour les deux. Après les deux protocoles B et C, les mesures montrent un retour à l’état de base similaire. Les résultats de cette expérience montrent un bénéfice de la PEP dans l’augmentation du volume gazeux du thorax, plus précisément dans l’augmentation de la CRF et de la CPT. De plus, le niveau de PEP de 15 cmH2O montre une supériorité dans ses effets apportés comparé à celui de 5 cmH2O. Pistes de lectures complémentaires : Falk M, Kelstrup M, Andersen JB, et al. 1984. Improving the ketchup bottle method with positive expiratory pressure, PEP. A controlled study in patients with cystic fibrosis. Eur J Respir Dis;65:57-66. Groth S, Stafanger G, Dirksen H, Andersen JB, Falk M, Kelstrup M. 1985. Positive expiratory pressure (PEP-mask) physiotherapy improves ventilation and reduces volume of trapped gas in cystic fibrosis. Bull Eur Physiopathol Respir;21:339-43. Oberwaldner B, Evans JC, Zach MS. 1986. Forced expirations against a variable resistance: a new chest physiotherapy method in cystic fibrosis. Pediatr Pulmonol;2:358-67. Commentaire : Les résultats issus de cette étude sont statistiquement significatifs et pertinents au regard de l’application clinique de la PEP. Seulement, la qualité méthodologique de l’étude reste faible car le nombre de participants est limité et il n’y a pas de groupe témoin puisque tous les sujets participent aux 3 protocoles. De plus les niveaux de PEP déterminés sont réglés sur un masque « relativement » débit-indépendant, ce qui laisse à entendre qu’ils ne sont pas toujours équivalents en fonction des cycles respiratoires et des sujets. Annexe 8 : La Fréquence Respiratoire (FR) après les différentes PEP n= FR x̄ ± SD Post PEP 5 cm H2O 13 Post PEP 10 cmH2O 12 Post PEP 15 cmH2O 13 Post PEP 20 cmH2O 12 12,8 ± 2,5 12,4 ± 2,1 13,1 ± 2,6 12,3 ± 2,4 p NS Tableau 5 : Comparaison de la FR Post PEP selon les différents niveaux de PEP appliqués Annexe 9 : Identif Genre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 M M M M M M F F F F F F F x̄ SD Age (ans) Poids (kg) Taille (cm) IMC Sport7 CV (L) CV VEMS (% th8) (L) VEMS (% th) Tiffeneau (%) Vt (L) 23 89 24 85 26 76 24 75 21 75 22 75 23 55 20 55 22 67 20 57 22 54 21 69 22 58 22,31 68,46 1,7 11,89 182 181 184 170 181 178 169 166 170 168 159 171 167 172,77 7,63 26,9 25,9 22,4 26,0 22,9 23,7 19,3 20,0 23,2 20,2 21,4 23,6 20,8 23 2,4 5,92 5,79 5,89 4,15 5,24 5,13 3,91 3,97 4,22 4,14 3,73 4,31 3,79 4,63 0,84 108 107 106 87 96 97 99 104 106 88 107 105 98 100,62 7,15 102 100 92 83 98 84 100 100 108 82 92 99 92 94,77 8,05 82 79 72 81 85 73 88 84 89 80 75 81 82 80,85 5,21 0,64 0,73 0,54 1,24 0,96 0,72 0,39 0,39 0,68 0,41 0,44 0,47 0,45 0,62 0,25 4 3 2 2 3 5 1 6 4 1 2 2 1 2,77 1,59 4,71 4,59 4,27 3,38 4,46 3,73 3,46 3,34 3,75 3,3 2,8 3,48 3,09 3,72 0,61 Tableau 6 : Les caractéristiques individuelles des participants à l’étude 7 8 Sport : nombre d’heures de sport par semaine % th : % de la valeur théorique Annexe 10 : 600 400 200 PEP1 0 PEP2 1 -200 2 3 4 PEP3 PEP4 -400 -600 -800 Sujet n°2 : PEP 1 = 5 cmH2O, PEP 2 = 10 cmH2O, PEP 3 = 20 cmH2O, PEP 4 = 15 cmH2O 0 1 -500 -1000 -1500 2 3 4 PEP 1 PEP 2 PEP 3 PEP 4 -2000 Sujet n°9 : PEP 1 = 10 cmH2O, PEP 2 = 20 cmH2O, PEP 3 = 5 cmH2O, PEP 4 = 15 cmH2O Figure 15 : Différentes évolutions du recrutement pendant les divers niveaux de PEP
