Spirométrie

La spirométrie (qui signifie la mesure de la respiration ) est le test de fonction pulmonaire le plus courant . Il mesure la fonction pulmonaire , en particulier la quantité (volume) et/ou la vitesse (débit) d'air qui peut être inspiré et expiré. La spirométrie est utile pour évaluer les schémas respiratoires qui permettent d'identifier des pathologies telles que l'asthme , la fibrose pulmonaire , la fibrose kystique et la BPCO . Elle est également utile dans le cadre d'un système de surveillance de la santé , dans lequel les schémas respiratoires sont mesurés au fil du temps.

La spirométrie génère des pneumotachographes, qui sont des graphiques qui tracent le volume et le débit d'air entrant et sortant des poumons à partir d'une inspiration et d'une expiration.

Le test de spirométrie est effectué à l'aide d'un appareil appelé spiromètre , qui existe en plusieurs variétés différentes. La plupart des spiromètres affichent les graphiques suivants, appelés spirogrammes :

• une courbe volume-temps , montrant le volume (litres) le long de l'axe Y et le temps (secondes) le long de l'axe X
• une boucle débit-volume , qui représente graphiquement le débit d'air sur l'axe Y et le volume total inspiré ou expiré sur l'axe X

Le test de base de la capacité vitale en volume forcé (CVF) varie légèrement en fonction de l'équipement utilisé. Il peut se présenter sous la forme d'un circuit fermé ou ouvert. Indépendamment des différences dans les procédures de test, il est recommandé aux prestataires de suivre la normalisation de la spirométrie ATS/ERS. La procédure standard garantit un ensemble de données précises et collectées de manière objective, basées sur une référence commune, afin de réduire l'incompatibilité des résultats lorsqu'ils sont partagés entre différents groupes médicaux.

Le patient est invité à mettre des pinces nasales souples pour empêcher l'air de s'échapper et un capteur de respiration dans sa bouche formant un joint étanche à l'air. Guidé par un technicien, le patient reçoit des instructions étape par étape pour prendre une inspiration brusque avec un effort maximal, suivie d'une expiration avec un effort maximal d'une durée cible d'au moins 6 secondes. Lors de l'évaluation d'une éventuelle obstruction des voies aériennes supérieures , le technicien demandera au patient de faire une inspiration rapide supplémentaire pour terminer le tour. Le moment de la deuxième inspiration peut varier d'une personne à l'autre en fonction de la durée de l'expiration précédente. Dans certains cas, chaque tour de test sera précédé d'une période de respiration normale et douce pour des données supplémentaires.

Les résultats cliniquement utiles dépendent fortement de la coopération et des efforts du patient et doivent être répétés au moins trois fois pour garantir la reproductibilité avec une limite générale de dix tentatives. Étant donné les taux d'effort variables, les résultats ne peuvent qu'être sous-estimés étant donné qu'un effort de rendement supérieur à 100 % n'est pas possible.

En raison de la nécessité de la coopération du patient et de sa capacité à comprendre et à suivre les instructions, la spirométrie ne peut généralement être effectuée que chez des enfants coopératifs âgés d'au moins 5 ans ou chez des adultes sans déficience physique ou mentale empêchant des résultats diagnostiques efficaces. De plus, l'anesthésie générale et diverses formes de sédation ne sont pas compatibles avec le processus de test.

Une autre limitation est que les personnes souffrant d'asthme intermittent ou léger peuvent présenter des valeurs de spirométrie normales entre les exacerbations aiguës, ce qui réduit l'efficacité de la spirométrie comme outil de diagnostic dans ces circonstances.

La spirométrie peut également faire partie d'un test de provocation bronchique , utilisé pour déterminer l'hyperréactivité bronchique à un exercice rigoureux, à l'inhalation d'air froid/sec ou à un agent pharmaceutique tel que la méthacholine ou l'histamine .

Pour évaluer la réversibilité d'une pathologie particulière, un bronchodilatateur peut être administré avant de procéder à une autre série de tests de comparaison. Ce test est communément appelé test de réversibilité ou test post-bronchodilatateur (Post BD) et constitue un élément important du diagnostic de l'asthme par rapport à la BPCO.

D’autres tests complémentaires des fonctions pulmonaires comprennent la pléthysmographie et le lavage à l’azote .

La spirométrie est indiquée pour les raisons suivantes :

• pour diagnostiquer ou gérer l'asthme
• pour détecter une maladie respiratoire chez les patients présentant des symptômes d'essoufflement et pour distinguer une maladie respiratoire d' une maladie cardiaque comme cause
• pour mesurer la réactivité bronchique chez les patients suspectés d'asthme
• pour diagnostiquer et différencier la maladie pulmonaire obstructive et la maladie pulmonaire restrictive
• suivre l' histoire naturelle de la maladie dans les affections respiratoires
• pour évaluer la déficience due à l’asthme professionnel
• pour identifier les personnes à risque de barotraumatisme pulmonaire lors de la plongée sous-marine
• pour effectuer une évaluation des risques préopératoires avant l'anesthésie ou la chirurgie cardiothoracique
• pour mesurer la réponse au traitement des affections détectées par la spirométrie
• pour diagnostiquer le dysfonctionnement des cordes vocales .

Les manœuvres expiratoires forcées peuvent aggraver certains problèmes médicaux. La spirométrie ne doit pas être effectuée lorsque la personne présente :

• Hémoptysie d'origine inconnue
• Pneumothorax
• État cardiovasculaire instable ( angine de poitrine , infarctus du myocarde récent , etc.)
• Anévrismes thoraciques, abdominaux ou cérébraux
• Cataracte ou chirurgie oculaire récente
• Chirurgie thoracique ou abdominale récente
• Nausées , vomissements ou maladie aiguë
• Infection virale récente ou actuelle
• Hypertension non diagnostiquée

Les paramètres les plus couramment mesurés en spirométrie sont la capacité vitale (CV), la capacité vitale forcée (CVF), le volume expiratoire maximal (VEMS) à des intervalles de temps de 0,5, 1,0 (VEMS1), 2,0 et 3,0 secondes, le débit expiratoire maximal de 25 à 75 % (DEM 25 à 75) et la ventilation volontaire maximale (VVM), également connue sous le nom de capacité respiratoire maximale. D'autres tests peuvent être effectués dans certaines situations.

Les résultats sont généralement donnés à la fois en données brutes (litres, litres par seconde) et en pourcentage prédit, c'est-à-dire le résultat du test en pourcentage des « valeurs prédites » pour les patients ayant des caractéristiques similaires (taille, âge, sexe et parfois race et poids). L'interprétation des résultats peut varier en fonction du médecin et de la source des valeurs prédites. En règle générale, les résultats les plus proches de 100 % des valeurs prédites sont les plus normaux, et les résultats supérieurs à 80 % sont souvent considérés comme normaux. Plusieurs publications sur les valeurs prédites ont été publiées et peuvent être calculées en fonction de l'âge, du sexe, du poids et de l'origine ethnique. Cependant, un examen par un médecin est nécessaire pour établir un diagnostic précis de toute situation individuelle.

Un bronchodilatateur est également administré dans certaines circonstances et une comparaison graphique avant/après est effectuée pour évaluer l'efficacité du bronchodilatateur. Voir l'exemple d'impression.

La capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) ne peut pas être mesurée par spirométrie, mais elle peut être mesurée à l'aide d'un pléthysmographe ou de tests de dilution (par exemple, test de dilution à l'hélium).

La capacité vitale forcée (CVF) est le volume d'air qui peut être expulsé de force après une inspiration complète, mesuré en litres. La CVF est la manœuvre la plus élémentaire des tests de spirométrie.

Le VEMS est le volume d'air qui peut être expiré de force dans la première seconde, après une inspiration complète. Les valeurs moyennes du VEMS chez les personnes en bonne santé dépendent principalement du sexe et de l'âge, selon le diagramme. Des valeurs comprises entre 80 % et 120 % de la valeur moyenne sont considérées comme normales. Les valeurs normales prédites du VEMS peuvent être calculées et dépendent de l'âge, du sexe, de la taille, de la masse et de l'origine ethnique ainsi que de l'étude de recherche sur laquelle elles sont basées.

Le VEMS/CVF est le rapport entre le VEMS et la CVF. Chez l'adulte en bonne santé, ce rapport devrait être d'environ 70 à 80 % (en baisse avec l'âge). Dans les maladies obstructives (asthme, BPCO, bronchite chronique, emphysème), le VEMS est diminué en raison de la résistance accrue des voies respiratoires au flux expiratoire ; la CVF peut également être diminuée en raison de la fermeture prématurée des voies respiratoires lors de l'expiration, mais pas dans la même proportion que le VEMS (par exemple, le VEMS et la CVF sont tous deux réduits, mais le premier est plus affecté en raison de la résistance accrue des voies respiratoires). Cela génère une valeur réduite (< 70 %, souvent ~ 45 %). Dans les maladies restrictives (telles que la fibrose pulmonaire ), le VEMS et la CVF sont tous deux réduits proportionnellement et la valeur peut être normale ou même augmentée en raison d'une diminution de la compliance pulmonaire.

Une valeur dérivée du VEMS1 est le VEMS1% prédit (VEMS1%), qui est défini comme le VEMS1 du patient divisé par le VEMS1 moyen dans la population pour toute personne du même âge, de la même taille, du même sexe et de la même race.

Le débit expiratoire forcé (DEF) est le débit (ou la vitesse) de l'air sortant des poumons pendant la partie médiane d'une expiration forcée. Il peut être donné à des moments discrets , généralement définis par la fraction de la capacité vitale forcée (CVF) qui a été expirée. Les intervalles discrets habituels sont 25 %, 50 % et 75 % (DEF25, DEF50 et DEF75), ou 25 % et 50 % de la CVF expirée. Il peut également être donné sous la forme d'une moyenne du débit pendant un intervalle, également généralement délimité par le moment où il reste des fractions spécifiques de CVF, généralement 25 à 75 % (DEF25 à 75 %). Les plages moyennes dans la population en bonne santé dépendent principalement du sexe et de l'âge, le DEF25 à 75 % étant indiqué dans le diagramme de gauche. Les valeurs allant de 50 à 60 % et jusqu'à 130 % de la moyenne sont considérées comme normales. Les valeurs normales prévues pour le FEF peuvent être calculées et dépendent de l’âge, du sexe, de la taille, de la masse et de l’origine ethnique ainsi que de l’étude de recherche sur laquelle elles sont basées.

Le DEMM ou DEM signifie débit expiratoire maximal (moyen) et correspond au débit expiratoire maximal tel qu'il est déterminé à partir de la courbe débit-volume et mesuré en litres par seconde. Il devrait théoriquement être identique au débit expiratoire de pointe (DEP), qui est cependant généralement mesuré par un débitmètre de pointe et exprimé en litres par minute.

Des recherches récentes suggèrent que le DEM25-75 % ou le DEM25-50 % pourraient être des paramètres plus sensibles que le VEMS1 dans la détection de la maladie obstructive des petites voies aériennes. Cependant, en l'absence de modifications concomitantes des marqueurs standards, les écarts dans le débit expiratoire moyen peuvent ne pas être suffisamment spécifiques pour être utiles, et les directives de pratique actuelles recommandent de continuer à utiliser le VEMS1, la CV et le VEMS1/VC comme indicateurs de maladie obstructive.

Plus rarement, le débit expiratoire forcé peut être administré à des intervalles définis par la quantité restante de capacité pulmonaire totale. Dans de tels cas, il est généralement désigné par exemple par FEF70%TLC, FEF60%TLC et FEF50%TLC.

Le débit inspiratoire forcé de 25 à 75 % ou de 25 à 50 % (FIF 25 à 75 % ou 25 à 50 %) est similaire au DEF 25 à 75 % ou 25 à 50 %, sauf que la mesure est prise pendant l'inspiration.

Le débit expiratoire de pointe (DEP) est le débit (ou vitesse) maximal atteint lors de l'expiration forcée maximale initiée à l'inspiration complète, mesuré en litres par minute ou en litres par seconde.

Le volume courant est la quantité d'air inspirée ou expirée normalement au repos.

La capacité pulmonaire totale (CPT) est le volume maximal d'air présent dans les poumons.

La capacité de diffusion (ou DLCO ) correspond à l'absorption de monoxyde de carbone à partir d'une seule inspiration dans un temps standard (généralement 10 secondes). Pendant le test, la personne inhale un mélange gazeux d'essai composé d'air ordinaire contenant un gaz traceur inerte et du CO, à moins d'un pour cent. Comme l'hémoglobine a une plus grande affinité avec le CO que l'oxygène, le temps d'apnée peut être de seulement 10 secondes, ce qui est un laps de temps suffisant pour que ce transfert de CO se produise. Comme la quantité de CO inhalée est connue, le CO expiré est soustrait pour déterminer la quantité transférée pendant le temps d'apnée. Le gaz traceur est analysé simultanément avec le CO pour déterminer la distribution du mélange gazeux d'essai. Ce test permet de détecter les troubles de la diffusion, par exemple en cas de fibrose pulmonaire. Il faut corriger cette valeur en cas d'anémie (une faible concentration d'hémoglobine réduira la DLCO) et d'hémorragie pulmonaire (un excès de globules rouges dans l'interstitium ou les alvéoles peut absorber le CO et augmenter artificiellement la capacité de DLCO). La pression atmosphérique et/ou l'altitude affecteront également la DLCO mesurée, et un facteur de correction est donc nécessaire pour ajuster la pression standard.

La ventilation volontaire maximale (VVM) est une mesure de la quantité maximale d'air qui peut être inspirée et expirée en une minute. Pour le confort du patient, cette mesure est effectuée sur une période de 15 secondes avant d'être extrapolée à une valeur pour une minute exprimée en litres/minute. Les valeurs moyennes pour les hommes et les femmes sont respectivement de 140 à 180 et de 80 à 120 litres par minute.

Lors de l'estimation de la compliance pulmonaire statique, les mesures de volume par le spiromètre doivent être complétées par des transducteurs de pression afin de mesurer simultanément la pression transpulmonaire . Après avoir tracé une courbe avec les relations entre les changements de volume et les changements de pression transpulmonaire, C _st est la pente de la courbe pendant un volume donné, ou, mathématiquement, ΔV/ΔP. La compliance pulmonaire statique est peut-être le paramètre le plus sensible pour la détection de la mécanique pulmonaire anormale. Elle est considérée comme normale si elle représente 60 à 140 % de la valeur moyenne de la population pour toute personne d'âge, de sexe et de composition corporelle similaires.

Chez les patients souffrant d'insuffisance respiratoire aiguë sous ventilation mécanique, « la compliance statique de l'ensemble du système respiratoire est classiquement obtenue en divisant le volume courant par la différence entre la pression de « plateau » mesurée à l'ouverture des voies aériennes (PaO2) lors d'une occlusion en fin d'inspiration et la pression expiratoire positive (PEP) réglée par le respirateur ».

Temps expiratoire forcé (FET)
Le temps expiratoire forcé (FET) mesure la durée de l'expiration en secondes.

Capacité vitale lente (CVL) La capacité vitale
lente (CVL) est le volume maximal d'air qui peut être expiré lentement après une inspiration maximale lente.

Pression maximale (P _max et P _i )

P _max est la pression asymptotique maximale qui peut être développée par les muscles respiratoires à n'importe quel volume pulmonaire et P _i est la pression inspiratoire maximale qui peut être développée à des volumes pulmonaires spécifiques. Cette mesure nécessite également des transducteurs de pression en plus. Elle est considérée comme normale si elle est de 60 % à 140 % de la valeur moyenne de la population pour toute personne d'âge, de sexe et de composition corporelle similaires. Un paramètre dérivé est le coefficient de rétraction (CR) qui est P _max /TLC .

Temps de transit moyen (MTM)
Le temps de transit moyen est la surface sous la courbe débit-volume divisée par la capacité vitale forcée.

Pression inspiratoire maximale (PIM) La PIM, également connue sous le nom de force inspiratoire négative (FIN) , est la pression maximale qui peut être générée contre une voie aérienne obstruée à partir de la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF). C'est un marqueur de la fonction et de la force des muscles respiratoires. Représentée par des centimètres de pression d'eau (cmH2O) et mesurée avec un manomètre . La pression inspiratoire maximale est un indice important et non invasif de la force du diaphragme et un outil indépendant pour diagnostiquer de nombreuses maladies. Les pressions inspiratoires maximales typiques chez les hommes adultes peuvent être estimées à partir de l'équation, M _IP = 142 - (1,03 x Âge) cmH2O _, où l'âge est en années.

• Spiromètres volumétriques
  • Cloche à eau
  • Coin à soufflet
• Spiromètres de mesure de débit
  • Pneumotachomètre Fleisch
  • Pneumotachographe de Lilly (écran)
  • Turbine / Rotor de stator (normalement appelé à tort turbine. En fait, il s'agit d'une aube rotative qui tourne en raison du flux d'air généré par le sujet. Les révolutions de l'aube sont comptées car elles brisent un faisceau lumineux)
  • Tube de Pitot
  • Anémomètre à fil chaud
  • Ultrason