Discussion
Les patients atteints de BPCO qui étaient hypercapniques atteignaient une activation presque complète de leur diaphragme pendant les efforts volontaires maximaux, tandis que les patients normocapniques présentaient une activation plus faible et plus variable.
La réponse du débit moteur respiratoire à une augmentation aiguë de la demande ventilatoire, évaluée en calculant le rapport entre la P0,1 au repos et la P0,1 enregistrée à la fin de la réinspiration de CO2, était d’une ampleur similaire dans les deux groupes de patients, avec un chevauchement considérable entre les patients normocapniques et hypercapniques. Ces données suggèrent que la réserve du centre respiratoire est réellement équivalente chez les patients hypercapniques et normocapniques ou que le rapport entre la P0,1 au repos et la P0,1 à la fin d’un défi hypercapnique n’est pas suffisamment sensible pour identifier une différence de réserve.
Une autre approche similaire pour évaluer la réponse du débit moteur respiratoire à une augmentation aiguë de la demande ventilatoire consiste à mesurer la réponse de la P0,1 au CO2 pendant une manœuvre de réinspiration. La plupart des investigateurs ont rapporté que la pente de cette réponse est déprimée chez les patients hypercapniques 6, mais certains 18, comme les auteurs actuels (fig. 1⇑), ont trouvé des pentes équivalentes à celles des patients normocapniques. Une limitation sérieuse de cet indice d’entraînement respiratoire est que la pression des voies aériennes peut sous-estimer considérablement la pression intrathoracique chez les patients atteints de BPCO, car la constante de temps du système respiratoire est augmentée. Le problème est aggravé pendant la réinhalation par l’augmentation progressive du volume pulmonaire, qui entraîne une diminution de la longueur du muscle inspiratoire, et par le recul positif du système respiratoire en fin d’expiration 9. Un problème plus fondamental est que la pente d’un patient peut croiser la ligne de réponse normale 19 ; les points de données qui se trouvent à gauche de l’intersection impliquent que l’entraînement est supranormal, tandis que les points à droite impliquent un entraînement émoussé.
L’entraînement neuronal du diaphragme pendant la charge peut être évalué en utilisant la technique d’interpolation du twitch 10, 11, 20, 21. Chez les lapins, Ferguson 10 a constaté que les mesures du degré d’activation diaphragmatique, quantifiées avec la technique d’interpolation des twitchs, étaient étroitement corrélées avec les enregistrements de l’électroneurogramme du nerf phrénique (r2=0,80-0,96). La technique d’interpolation du twitch est extrêmement sensible et, lorsqu’elle est exécutée avec soin, elle peut détecter une variation de 1 % seulement de la pression du twitch 22. Un attrait supplémentaire est que les valeurs de l’activation diaphragmatique sont indépendantes du changement du volume pulmonaire au-dessus de la capacité résiduelle fonctionnelle 23. En conséquence, la mesure de l’activation diaphragmatique, en termes d’indice d’activation volontaire, présente plusieurs avantages par rapport à des indices plus couramment utilisés de la pulsion respiratoire, notamment la P0,1 et sa réponse à la réinspiration de CO2.
Chez 10 sujets sains, Allen et al. 11 ont constaté que la valeur moyenne±sd de l’indice d’activation volontaire du diaphragme était de 88±12%. La valeur moyenne de cet indice chez les patients normocapniques de la présente étude (88,5±1,9%) était équivalente à celle des sujets sains, mais les patients hypercapniques présentaient une valeur plus élevée (94,5±0,7%). Les valeurs obtenues au cours de plusieurs efforts maximaux chez les individus bien motivés de l’étude d’Allen et al. 11 présentaient une dispersion considérable au sein du sujet (fourchette des valeurs de l’indice, 40-100 %). La dispersion des valeurs au sein d’un même sujet était moins importante chez les patients normocapniques de la présente étude (fourchette, 71,3 à 97,9 %) que chez les sujets sains de l’étude d’Allen et al. 11, et encore plus faible chez les patients hypercapniques de la présente étude (fourchette, 85,4 à 100 % ; p=0,01). La plus petite dispersion chez les patients plus gravement malades (avec une hypercapnie et une charge mécanique accrue) est similaire à la diminution observée de la variabilité naturelle de la fréquence cardiaque et du schéma respiratoire dans les états pathologiques 24, 25.
Plusieurs variables modulent l’étendue de l’activation volontaire du diaphragme. La douleur musculaire ou cutanée peut diminuer l’activation volontaire 26, mais il n’y a aucune raison de suspecter ce facteur chez les patients de la présente étude. Un faible volume pulmonaire déprime l’activation volontaire 23, mais les volumes pulmonaires étaient équivalents dans les groupes de patients actuels (tableau 1⇑). L’hypoxémie module la pulsion respiratoire 9, 27 et, bien que les patients hypercapniques soient plus hypoxémiques, aucune corrélation significative n’a été observée entre l’indice d’activation volontaire et Pa,O2. L’indice d’activation volontaire était positivement corrélé à Pa,CO2 et négativement corrélé au pH (fig. 4⇑). De même, il a été rapporté que l’indice d’activation volontaire augmente avec la tension de dioxyde de carbone (PCO2) lors d’une charge résistive inspiratoire 28. Ces observations suggèrent que l’acidose respiratoire chronique peut permettre aux patients hypercapniques atteints de BPCO de générer une activation volontaire accrue du diaphragme.
Le fait que l’indice d’activation volontaire et Pa,CO2 étaient tous deux positivement corrélés avec Edyn/Pdi,max (fig. 4⇑) suggère que la capacité des patients hypercapniques à recruter plus complètement le diaphragme pendant une charge aiguë représente une réponse adaptative à une charge mécanique chroniquement accrue. Des preuves existent pour soutenir l’observation que la pulsion respiratoire n’est pas altérée chez les patients hypercapniques. Chez les patients atteints de BPCO, les fréquences de décharge du moteur diaphragmatique les plus élevées pendant la respiration de repos semblaient se produire chez les patients ayant les niveaux de Pa,CO2 les plus élevés, bien que les auteurs n’aient pas cherché à déterminer si les fréquences de décharge différaient entre les patients hypercapniques et normocapniques 29. Chez des sujets sains soutenant une charge résistive inspiratoire, McKenzie et al. 28 ont noté que le développement de l’hypercapnie était accompagné d’une augmentation de l’indice d’activation volontaire du diaphragme.
Il n’est pas clair quel avantage, le cas échéant, une activation volontaire accrue du diaphragme détient pour les patients hypercapniques atteints de BPCO. Face à une charge mécanique élevée, l’augmentation de l’activation musculaire prédispose à une lésion du muscle diaphragmatique 30. La régulation à la baisse de la production motoneuronale respiratoire a été présentée comme une stratégie adaptative utile pour éviter les lésions structurelles face à une charge élevée 9, 13, et cette désactivation a même été qualifiée de « sagesse centrale ». Les patients atteints de BPCO qui sont incapables d’augmenter la pulsion neuronale au cours d’une détérioration de leur maladie sont toutefois enclins à l’hypoventilation et à une hypoxémie mortelle. Dans une étude récente sur des patients atteints de BPCO qui ont échoué à un essai de sevrage de la ventilation mécanique, on a constaté que les patients développaient une > augmentation de 40 % de l’effort musculaire inspiratoire à mesure qu’ils développaient une insuffisance respiratoire progressive 13. En d’autres termes, lorsqu’ils sont confrontés à une augmentation aiguë de la charge mécanique, les patients atteints de BPCO ne réduisent pas l’activation des muscles inspiratoires, malgré l’avantage théorique de le faire. Néanmoins, les sujets humains soumis à une charge extrême peuvent avoir de plus en plus de mal à maintenir une activation volontaire complète de leurs muscles à mesure que la fatigue progressive se développe, c’est-à-dire qu’ils ressentent une fatigue centrale 21. Des études menées sur des animaux 27, 31 suggèrent également qu’une charge extrême entraîne une dépression de l’entraînement des muscles inspiratoires.
Bien qu’il soit difficile de séparer les contributions de l’entraînement volontaire et involontaire aux motoneurones respiratoires pendant une charge externe, certaines preuves suggèrent que les centres respiratoires bulbopontins n’activent pas complètement le diaphragme même lorsque la pulsion chimique de la respiration est élevée 27, 32. Le cortex moteur humain projette directement et largement sur le diaphragme 33 et est impliqué dans la production d’efforts inspiratoires volontaires 34. Ainsi, comme Allen et al. 11 l’ont noté, la commande volontaire du diaphragme peut être une défense importante contre le développement de l’hypoventilation pendant une charge respiratoire extrême, comme cela peut se produire lors d’une exacerbation de la BPCO. Si certains patients subissant une exacerbation sévère de la BPCO développent une fatigue centrale progressive, ceux chez qui l’indice d’activation volontaire est déjà faible seront désavantagés par rapport aux patients ayant un indice d’activation volontaire préexistant plus élevé, car les oscillations de pression inspiratoire dans le premier cas pourraient rapidement diminuer à des niveaux insuffisants pour maintenir la ventilation alvéolaire. Cette situation est analogue à celle des patients ayant souffert d’une poliomyélite antérieure qui ont présenté une endurance moindre des muscles des membres au cours d’un protocole de fatigue par rapport aux sujets sains, en partie en raison d’un degré plus élevé de fatigue centrale, qui, à son tour, semble résulter d’une déficience de l’activation volontaire des muscles 35. En d’autres termes, les patients dont les muscles respiratoires sont soumis à une charge plus importante peuvent avoir appris à activer pleinement leur diaphragme de manière intermittente. Cette capacité à atteindre une activation complète du diaphragme est susceptible de fournir un avantage de survie pour le patient atteint de BPCO qui est confronté à une charge mécanique accrue et à une aggravation des échanges gazeux.
Des lignes de preuves indirectes suggèrent que l’étendue de l’activation volontaire du diaphragme que les patients atteints de BPCO peuvent atteindre, tout en étant cliniquement stable, pourrait influencer leur capacité à maintenir la ventilation alvéolaire pendant une exacerbation. Premièrement, il a été constaté que l’augmentation de la Pa,CO2 au cours d’une exacerbation de la BPCO était plus importante chez les patients normocapniques lorsque leur état clinique était stable que chez les patients hypercapniques lorsque leur état clinique était stable 36. Cette observation suggère que le contrôleur respiratoire recrute les muscles inspiratoires dans une moindre mesure chez les patients normocapniques que chez les patients hypercapniques (lorsque les deux étaient cliniquement stables). Deuxièmement, l’hypoxémie au moment de l’admission à l’hôpital pour une exacerbation était moins grave chez les patients normocapniques lorsque leur état clinique était stable que chez les patients hypercapniques lorsque leur état clinique était stable36. Cette observation appuie l’idée que les échanges gazeux sont plus gravement compromis chez les patients hypercapniques que chez les patients normocapniques. Par conséquent, lorsque des patients souffrant d’hypercapnie de longue date subissent une exacerbation aiguë de la BPCO, leur seule option est de recruter au maximum leurs muscles inspiratoires ou de faire face à une hypoxémie potentiellement mortelle. Troisièmement, la mortalité secondaire à une exacerbation n’est pas liée au niveau absolu d’hypercapnie mais au degré d’acidose 37, 38. Ces observations suggèrent que l’incapacité à maintenir une ventilation alvéolaire adéquate par un recrutement presque complet des muscles respiratoires peut contribuer à la mortalité.
En conclusion, lors d’une augmentation aiguë de la charge inspiratoire, les patients atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive et d’hypercapnie étaient capables d’activer le diaphragme plus complètement que les patients atteints de la maladie et de normocapnie. Il reste à déterminer si un recrutement diaphragmatique plus important lors d’exacerbations sévères de la bronchopneumopathie chronique obstructive procure un avantage en termes de survie.