Pathologie Respiratoire Définitions et Physiopathologie Dr Guillaume SCHNELL Chef de Clinique 2012-2013 [email protected] Définitions Incapacité pour l’appareil respiratoire d’oxygéner correctement le sang Hypoxémie PaO2 < 70 mmHg et/ou d’épurer correctement le sang du gaz carbonique (CO2) produit par les tissus Hypercapnie Intérêt de la gazométrie artérielle Insuffisance respiratoire chronique Stade terminal de toute pathologie respiratoire chronique Trois grands types d’IRC IRC obstructive IRC restrictive Mécanique conservée Poumon malade Mécanique malade Poumon sain Troubles de la diffusion. Méthodes Diagnostiques 2 examens indispensable Les Gaz du Sang Les Epreuves Fonctionnelles Respiratoires Les Gaz du Sang Quelles informations ? PaO2 Saturation pH PaCO2 Bicarbonates (base, réserve, HCO3-) PaO2 Saturation La PaO2 Taux d’O2 dissout dans le sang Pas de mesure du taux d’oxygène sur les globules rouges! PaO2 Saturation La PaO2 Relation forte entre O2 dissout et lié Mais pas toujours : Autres molécules «prenant la place» : Monoxyde de carbone (CO) +++ Dérivés nitrés Anesthésiant (lidocaïne) Poppers … Dépend de l’oxygène administré L’équilibre acide base pH = potentiel hydrogène Mesure de l’acidité ou basicité Norme dans le sang : 7,38 – 7,42 On s’inquiète à 7,35 – 7,46 environ pH dépend de : PaCO2 : taux de gaz carbonique dissout dans le sang! Régulé par le poumon Trop de CO2 => acidité Bicarbonates Régulés par le rein Chute des bicarbonates (I rénale) => acidité CO2 Déchet de l’organisme : Fabrication d’énergie : besoin d’O2 et rejet de CO2 CO2 Norme : 40 mmHg +/- 4 Pas de valeur inquiétante en soi : Tolérance du patient +++ Effet sur le pH Si augmente, besoin d’augmenter la ventilation Bicarbonates Rôle de tampon : Réagit comme un acide si pH basique ou viceversa Régulé au niveau du rein (excrétion du H+ sous forme NH4+ (ammoniac!) et retour du HCO3-) Norme 22-26 mmol/L Les EFR Explorations fonctionnelles Les volumes pulmonaires Capacité vitale : volume mobilisable entre une inspiration forcée et une expiration forcée (CVF) Elle comporte: Volume courant : volume inspiré et expiré lors d’une respiration normale (VC) Volume de réserve expiratoire : volume pouvant être expiré après une expiration normale (VRE) Volume de réserve inspiratoire : volume que l’on peut inhalé en supplément après une inspiration normale (VRI) Explorations fonctionnelles Les volumes pulmonaires Volume résiduel : volume restant dans les poumons après une expiration forcée (VR) Capacité totale : somme de tous ces volumes (CPT) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF): somme de VR et VRE Epreuves fonctionnelles respiratoires Etablissement des capacités (par calcul) : CPT : capacité pulmonaire totale : VR+VRE+VC+VRE=6L CV : Capacité vitale : VRE+VC+VRI=4.8L CRF : capacité résiduel fonctionnelle : volume d’équilibre entre la résistance du poumon et les muscles (pas d’énergie dépensée) : VR+VRE=3L Explorations fonctionnelles Les débits VEMS = volume expiré maximal en une seconde C’est un débit forcé Différents types d’IRC Insuffisance respiratoire chronique obstructive Obstruction bronchique irréversible avec mécanique respiratoire conservée Complique souvent le cours évolutif des bronchopneumopathies chroniques obstructives encore appelées « BPCO » Diminution permanente des débits aériens expiratoires (VEMS/CV < 70%) Accentuation du déclin annuel du VEMS Insuffisance respiratoire chronique obstructive Sous le terme de BPCO, on regroupe Bronchite chronique Emphysème diagnostic clinique toux et expectoration pendant plus de trois mois par an sur deux années consécutives anomalies anatomiques distension des espaces aériens distaux avec rupture des cloisons interalvéolaires IRC du BPCO : PaO2 ≤ 55 mmHg sur deux gaz du sang réalisés en état stable et à au moins 3 semaines d’intervalle. Inflammation et obstruction Mauvaise circulation des gaz Alvéole normale Insuffisance respiratoire restrictive Altération de la mécanique respiratoire avec poumons sains Secondaire à des pathologies très variées parmi lesquelles pathologies d’origine neurologique centrale (séquelles d’accident vasculaire cérébral, hypoventilation centrale congénitale, tétraplégie post-traumatique, sclérose latérale amyotrophique, séquelles de poliomyélite…) neuromusculaires périphériques (paralysies phréniques, myopathies, maladie de Steinert, sclérose en plaque…) anomalie pariétale ou pleurale telle que la cyphoscoliose, l’obésité, la spondylarthrite ankylosante, les séquelles bacillaires pleuro-parenchymateuses ou de pleurésie purulente L’IRC restrictive se définit par une hypoventilation alvéolaire avec PaCO2 45 mmHg. Troubles de la diffusion Altération de l’échangeur pulmonaire avec mécanique respiratoire conservée Groupe hétérogène contenant par exemple: fibroses pulmonaires séquelles d’embolie pulmonaire obstructive Se définit par un trouble de la diffusion (capacité de transfert du CO ≤ 80% des valeurs théoriques) responsable d’une hypoxémie (PaO2 ≤ 70 mmHg). Définitions Définition de l’insuffisance respiratoire chronique (IRC) Dans le cadre de l'IRC on distingue l'hypoxémie isolée (Pa02 ) et l'hypoventilation alvéolaire (Pa02 et PaCO2 ) Dans beaucoup de maladies pulmonaires chroniques et tout particulièrement les BPCO, on voit apparaître au cours de l'évolution d'abord une hypoxémie isolée puis une hypoventilation alvéolaire (hypercapnie) Hypoxémie Ne pas confondre… Hypoxie et hypoxémie: définition Hypoxémie = la quantité d’oxygène transportée dans le sang est diminuée pression partielle en O2 dans le sang artériel (PaO2) Hypoxie = la quantité d’oxygène délivrée aux tissus est insuffisante par rapport aux besoins cellulaires de la quantité d’O2 délivrée aux cellules (carence absolue) incapacité de l’organisme à la quantité d’O2 face à des besoins accrus (carence relative) incapacité des cellules à exploiter l’O2 délivrée Quatre grands mécanismes d’hypoxie tissulaire hypoxémie profonde (ex: insuffisance respiratoire aiguë) incapacité cardio-circulatoire à amener le oxygéné aux cellules (ex: choc cardiogénique) anomalies du transport sanguin de l’O2 (ex: anémie aiguë ou intox au CO) incapacité de la cellule à utiliser l’O2 qu’elle reçoit (ex: intox cyanhydrique comme complication de l’inhalation des fumées d’incendie) sang Hypoxie O2 insuffisance respiratoire aiguë insuffisance cardiaque CaO2 (ml/dl): contenu artériel en O2 [ Hb x SaO2 x 1,34] + PaO2 x 0,006 TaO2 : Transport artériel en O2 Débit cardiaque O2 cellule TaO2 = CaO2 x Débit cardiaque 1,34 = pouvoir oxyphorique de l’ O2 0,006 = coefficient de solubilité de l’ O2 Hypoxémie la relation PaO2 - SaO2 n’est pas linéaire Courbe de dissociation de l’hémoglobine Courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine. PaO2 < 50 mmHg => SaO2 et transport d ’ O2 en périphérie affinité Hb pour l'O2 affinité Hb pour l'O2 => relâchement de l'O2 en périphérie => relâchement de l'O2 en périphérie acidose, hypercapnie, alcalose, intox CO, hyperthermie, méthémoglobinémie 2,3 DPG hypothermie 2,3 DPG (anémie, shunts droit-gauche, IC, altitude, hyperthyroïdie). (hypophosphatémie, choc septique). West JB, Oxford, 1990 Hypoxie ≠ hypoxémie Hypoxie vs hypoxémie Hypoxémie normoxique Pneumopathie aiguë sans tare sous jacente (Hb= 14 g/L) Si la PaO2 passe de 100 mmHg (SaO2 = 99%) à 60 mmHg (SaO2 = 90%) Alors le CaO2 ne fait que passer de 19,2 mL/dL à 17,2 mL/dL Absence d’hypoxie, alors que l’on peut parler de pneumonie aiguë hypoxémiante ! Hypoxie vs hypoxémie Hypoxie sans Hypoxémie anémie aiguë sur hémorragie, sans atteinte pulmonaire Si l’Hb passe de 14 g/dL à 8 g/dL (hyperventilation et SaO2 = 100%) Alors le CaO2 passe de 19,4 mL/dL à 11,4 mL/dL Il y a bien souffrance tissulaire (hypoxie) sans hypoxémie Un peu de clinique… Insuffisance respiratoire aiguë IRC Signes en rapport avec l’Hypoxémie cyanose signes cardiovasculaires altérations neurologiques : Tachycardie et troubles du rythme L’hypoxémie aggrave un coronarien céphalées, léthargie, somnolence convulsions et dégâts cérébraux irréversibles en cas d’hypoxémie gravissime tendance à la rétention de sodium et altération de la fonction rénale acidose lactique (par hypoxie tissulaire) qui peut aggraver une acidose gazeuse Cyanose Il faut que le taux d’Hb réduite (non-oxygénée) dans le sang capillaire soit 5 g/dL pour voir apparaître une cyanose Ce qui correspond à un taux d’Hb réduite de 3,4 g/dL dans le sang artériel Un patient dont le taux d’Hb est de 15 g/dL (Ht 45%) ne présentera pas de cyanose tant que sa SaO2 sera > 78% (PaO2 44 mmHg) En cas d’anémie (ex: Hb = 9 g/dL) le seuil d’apparition de la cyanose en terme de SaO2 est diminué à 63% (PaO2 33 mmHg) A un tel niveau d’hypoxémie les autres manifestations de l’hypoxémie (détresse respiratoire, troubles de la conscience) prennent le pas sur la cyanose Pour un taux d’Hb < 9 g/dL le patient décèderait d’hypoxémie bien avant de voir apparaître un cyanose la cyanose n’est pas un signe clinique fiable pour apprécier la sévérité d’une hypoxémie Physiopathologie 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypoxémie 1. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires obstructifs 2. Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires restrictifs 3. Incapacité de la surface alvéolo capillaire d'assurer les échanges Soit altération au niveau de la membrane alvéolo capillaire (fibroses) Soit altération au niveau du lit vasculaire (HTAP primitive ou post-embolique) 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypoxémie 1. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires obstructifs 1 Hypoxémie liée à la perturbation des rapports VA/Q Hypoxémie par effet shunt Principal mécanisme en cause, notamment dans les troubles ventilatoires obstructifs troubles de la distribution de l'air dans les alvéoles dans certains territoires le renouvellement de l’air est insuffisant l'inhalation d'02 pur corrige complètement l'effet shunt car dans ces conditions l'alvéole même mal ventilée se remplit d'02. Effet shunt:BPCO* du Ø des voies aériennes par l’inflammation zone relativement normale : ventilation alvéolaire (VA) normale et pression partielle en oxygène (PAO2) normale de la ventilation alvéolaire (VA) et de la pression partielle en oxygène (PAO2) 60mmHg du contenu en O2 et débit normal artère pulmonaire 40mmHg 45mmHg en O 100mmHg contenu normal 2 100mmHg veine pulmonaire 60mmHg du contenu en O2 * Adapted from: COPD, Celli B et al, Harcourt Health communication 2001 shunt vrai (atélectasie) ventilation alvéolaire (VA) = 0 et pression partielle en oxygène PAO2 = 0 obstruction bronchique complète 0mmHg artère pulmonaire 40mmHg zone relativement normale : ventilation alvéolaire (VA) normale et pression partielle en oxygène (PAO2) normale du contenu en O2 et débit normal 40mmHg en O 100mmHg contenu normal 2 100mmHg veine pulmonaire 50mmHg du contenu en O2 1 Hypoxémie liée à la perturbation des rapports VA/Q Scanner injecté : atélectasie (poumon non ventilé) gardant un certain degré de perfusion par rapport à l’épanchement pleural L’épanchement pleural ne prend pas le contraste 1 Hypoxémie liée à la perturbation des rapports VA/Q shunt vrai intra-pulmonaire: quand dans certains territoires la ventilation alvéolaire (VA) est nulle l’hypoxémie par shunt vrai se rencontre notamment en cas d’atélectasie dans les comblements alvéolaires (pneumonie, SDRA) l'inhalation d'02 pur ne corrige pas complètement l'effet shunt car dans ces conditions l'02 n’atteint pas l'alvéole Atélectasies shunt vrai (comblement alvéolaire) zone relativement normale : ventilation alvéolaire (VA) normale et pression partielle en oxygène (PAO2) normale ventilation alvéolaire (VA) = 0 et pression partielle en oxygène PAO2 = 0 0mmHg artère pulmonaire 40mmHg du contenu en O2 et débit normal 40mmHg en O 100mmHg contenu normal 2 100mmHg veine pulmonaire 50mmHg du contenu en O2 Comblement alvéolaire : pneumopathie 1 Hypoxémie liée à la perturbation des rapports VA/Q cas particulier de l’emphysème il existe en plus du trouble ventilatoire obstructif une raréfaction du lit vasculaire de la diffusion* alvéolaire de l’ 02 en raison de la de la surface d’échanges alvéolo-capillaires le CO2 (beaucoup plus diffusible que l'02) est normal ou (hyperventilation du fait de l'hypoxémie) la Pa02 est longtemps normale tout au moins au repos, la PaC02 est et ne s'élève qu’au stade ultime de la maladie *peut s’évaluer par la mesure du transfert de l’oxyde de carbone (DLCO) emphysème* du Ø des voies aériennes par des forces de rétraction élastiques emphysème: de la ventilation alvéolaire (VA) et de la PAO2 destruction des capillaires alvéolaires: de la perfusion (Q) 40mmHg artère pulmonaire zone relativement normale : de la ventilation alvéolaire (VA) et pression partielle en oxygène (PAO2) normale du contenu en O2 60mmHg et du débit 45mmHg 100mmHg contenu en O2 relativement normal 100mmHg contenu en O2 normal et haut débit 90mmHg veine pulmonaire * Adapted from: COPD, Celli B et al, Harcourt Health communication 2001 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypoxémie 1. 2. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires obstructifs Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires restrictifs Hypoxémie liée à l’hypoventilation alvéolaire L’insuffisance respiratoire est homogène la de la Pa02 s'accompagne d'une de la PaCO2 la somme Pa02+ PaCO2 est normale (120 à 130 mmHg) absence d’effet shunt 02 C0 2 normal 02 C02 hypoventilation Hypoxémie liée à l’hypoventilation alvéolaire 1. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires obstructifs 2. Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypoxémies des troubles ventilatoires restrictifs 3. Incapacité de la surface alvéolo capillaire d'assurer les échanges Soit altération au niveau de la membrane alvéolo capillaire (fibroses) Soit altération au niveau du lit vasculaire (HTAP primitive ou post-embolique) Hypoxémie liée à l’incapacité de la surface alvéolo-capillaire d'assurer les échanges surface alvéolo-capillaire : 100 à 150 m2 soit parce que la membrane alvéolo capillaire est atteinte (épaissie) trouble de la diffusion faisant barrage aux échanges gazeux ex : fibrose interstitielle diffuse soit parce que le lit vasculaire est réduit ex : thrombose chronique des Artères Pulmonaires ou Hyper Tension Artérielle Pulmonaire (HTAP) primitive Hypoxémie liée à l’incapacité de la surface alvéolo-capillaire d'assurer les échanges À l’état normal les échanges d'O2 et de C02 au niveau de la membrane (par simple gradient des pressions) se fait facilement au repos l'hématose est totalement faite dans le premier tiers de la longueur du capillaire, (les 2/3 restant sont utilisés à l'effort). le sang séjourne environ 0,75 seconde dans le capillaire pulmonaire en raison de la différence des pressions partielles de l’oxygène entre le sang veineux (PVO2 = 40 mmHg) et l’air alvéolaire ( PAO2 = 100 mmHg) la diffusion de l’oxygène est quasiment achevée en 0,25 seconde (PaO2 devient sensiblement égale à PAO2) le temps de diffusion reste suffisant sauf lorsque le temps de transit se réduit, par la tachycardie d’exercice par exemple désaturation à l’effort ! Diffusion Alvéolo-Capillaire Diffusion Alvéolo-Capillaire Hypoxémie liée à l’incapacité de la surface alvéolo-capillaire d'assurer les échanges En cas d’altération de la membrane alvéolo-capillaire OU d’altération au niveau du lit vasculaire du temps nécessaire à l’équilibration des pressions partielles en gaz Pa02 au repos est initialement normale MAIS Pa02 à l'effort au stade ultime : hypoxémie de repos Le CO2 (beaucoup plus diffusible que l'02) est normal ou (hyperventilation du fait de l'hypoxémie) PaC02 ne s'élève qu’au stade ultime de la maladie L’hypercapnie Un peu de clinique… CLINIQUE: Insuffisance respiratoire aiguë IRC Signes en rapport avec l’Hypercapnie signes neurologiques : Céphalées désorientation temporo-spatiale de la vigilance (de la somnolence au coma) tremblement avec astérixis. hypersudation et hypersécrétion bronchique yeux larmoyants vasodilatation cutanée qui donne à l’hypercapnique un faciès rubicond qui, joint aux troubles du comportement, le font parfois prendre pour un éthylique poussée hypertensive Physiopathologie 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypercapnie 1. Diminution de la proportion du volume courant effectivement utilisé pour les échanges gazeux 2. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) 3. Le patient ventile surtout un espace mort C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs Ce mécanisme est aussi observé dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs (effet espace mort) Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires restrictifs Hypercapnie liée à la diminution du volume courant (VT) utilisé pour les échanges gazeux • Espace mort (VD) = volume gazeux ne participant pas aux échanges alvéolaires • C'est une partie de l'air présent dans les conduits qui n'atteint jamais les alvéoles • Ce volume est d'environ 150 ml durant une respiration courante normale Vt = Vd + V alv 600 = 150 + 450 Hypercapnie liée à la diminution du volume courant (VT) utilisé pour les échanges gazeux Chez le BPCO : Augmentation de l’espace mort par rapport au volume alvéolaire : VD/VT VD/VT sujets normaux patients BPCO 0,2 < VD/VT < 0,3 0,4 < VD/VT < 0,8 Hypercapnie liée à la diminution du volume courant (VT) utilisé pour les échanges gazeux VD/VT est donc le déterminant essentiel de l’hypercapnie Pour une même ventilation minute, la ventilation alvéolaire est d’autant plus réduite que le volume de l’espace mort est grand Ventilation minute : VT X Fréquence respiratoire 500 X 12 = 6l/min Hypercapnie liée à la diminution du volume courant (VT) utilisé pour les échanges gazeux Chez le sujet sain : VD=150 ml Ventilation alvéolaire = 350x12=4,2l/min En hyperventilant : Ventilation alvéolaire = 350x25=10,5l/min Chez le BPCO : VD=250 ml Ventilation alvéolaire = 250x12=3l/min En hyperventilant : Ventilation alvéolaire = 250x25=6,2l/min 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypercapnie 1. 2. Diminution de la proportion du volume courant effectivement utilisé pour les échanges gazeux Le patient ventile surtout un espace mort C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) 3. Ce mécanisme est aussi observé dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs (effet espace mort) Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires restrictifs BPCO* du Ø des voies aériennes par l’inflammation zone relativement normale : ventilation alvéolaire (VA) normale et pression partielle en oxygène (PAO2) normale de la ventilation alvéolaire (VA) et de la pression partielle en oxygène (PAO2) 60mmHg du contenu en O2 et débit normal artère pulmonaire 40mmHg 45mmHg en O 100mmHg contenu normal 2 100mmHg veine pulmonaire 60mmHg du contenu en O2 * Adapted from: COPD, Celli B et al, Harcourt Health communication 2001 3 principaux mécanismes conduisent à l’hypercapnie 1. Diminution de la proportion du volume courant effectivement utilisé pour les échanges gazeux Le patient ventile surtout un espace mort C’est le principal mécanisme en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs 2. Anomalies des rapports ventilation/perfusion (VA/Q) Ce mécanisme est aussi observé dans les hypercapnies des troubles ventilatoires obstructifs (effet espace mort) 3. Incapacité du soufflet thoracique à assurer une ventilation suffisante (hypoventilation alvéolaire) Ce mécanisme est en cause, notamment dans les hypercapnies des troubles ventilatoires restrictifs 02 C02 normal 02 C02 hypoventilation Conséquences de l’IRC Conséquences de l’insuffisance respiratoire sur l’organisme L'hypercapnie : même élevée autour de 80 à 100 mmHg n'est pas ou peu nocive tant que le pH reste normal C'est l'hypoxémie qui est nocive elle induit une souffrance tissulaire sur tous les organes on admet que c'est pour une Pa02 55 mmHg que débute le retentissement tissulaire Conséquences de l’insuffisance respiratoire sur l’organisme La vasoconstriction hypoxique la de Pa02 dans les alvéoles entraîne par des phénomènes biochimiques une vasoconstriction pulmonaire précapillaire (mécanisme d’adaptation contre de trop grande hypoxémie) cette vasoconstriction entraîne : une des résistances vasculaires et donc une HTAP une de la charge imposée au ventricule droit (c'est ainsi que se constitue le coeur pulmonaire chronique) la vasoconstriction hypoxique entraîne à la longue une muscularisation des artérioles et l'HTAP n'est plus réversible même avec l'oxygène Conséquences de l’insuffisance respiratoire sur l’organisme La polyglobulie : phénomène d'adaptation : l'hypoxémie stimule la sécrétion d'érythropoiétine l' du nombre de globules rouges compense leur Sa02 insuffisante nocif du fait de l'augmentation de la viscosité sanguine (ralentissement de la circulation capillaire et de la charge du VD) Rétention hydrosodé anomalies de la régulation du facteur natriurétique Conclusion Stade terminal de toute pathologie respiratoire chronique 3 grands types d’IRC Hypoxémie Anomalies du rapport V/Q Hypoventilation alvéolaire Incapacité de la surface alvéolo capillaire d'assurer les échanges Hypercapnie Anomalies du rapport V/Q Hypoventilation alvéolaire Ventilation espace mort