Altération des fonctions pulmonaires

Considérant la réponse pulmonaire au tabagisme décrite jusqu’à présent, il est évident que la FC impacte la mécanique même du poumon. En effet, que ce soit via des dommages au surfactant pulmonaire jouant un rôle de premier plan au niveau de la compliance pulmonaire ou des dommages au tissu pulmonaire, son inhalation se traduit par des répercussions fonctionnelles. D’ailleurs, tel que mentionné, une exposition prolongée à la FC entraine un déclin dans les fonctions pulmonaires associé au développement de la MPOC [9]. En effet, lors d’un test de spirométrie, on observe entre autres une diminution du VEMS chez les personnes atteintes de cette maladie [18]. Cela dit, au même titre que chez l’humain, l’altération des fonctions pulmonaires chez les modèles animaux d’exposition à la FC peut être mesurée afin d’évaluer la présence de la MPOC, surtout l'emphysème, et sa sévérité [81]. À cet effet, différents appareils ont été développés. Par exemple, chez les rongeurs tels que le cobaye, il est possible d’utiliser un pléthysmographe. Toutefois, chez la souris, les mesures sont techniquement plus ardues et requièrent un appareil tel que le FlexiVent®, pouvant être équipé avec des dispositifs plus petits et un logiciel permettant d’effectuer une évaluation poussée et hautement détaillée des

fonctions pulmonaires chez un sujet généralement en phase terminale [81].

Cet appareil utilise la technique d’oscillations forcées qui consiste à appliquer une perturbation d’air sous la forme d’une onde oscillatoire à l’ouverture des voies respiratoires du sujet grâce à un piston et de mesurer les signaux de pression, de débit et de volume provenant du sujet en réponse à la forme de l’onde appliquée.

Ces signaux peuvent ensuite être appliqués à différents modèles mathématiques

avancés. Selon la perturbation soumise, différents paramètres peuvent ainsi être

évalués (voir Tableau 1.2) [117, 118]. Lors de la manœuvre d’oscillations forcées à

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étudiée. Les différents signaux sont appliqués au modèle à un compartiment en utilisant un modèle de régression. La résistance, l’élastance et la compliance du système respiratoire sont ainsi obtenues. La technique d’oscillations forcées à basse fréquence mesure, quant à elle, la réponse d’un sujet à un signal contenant de nombreuses fréquences de part et d’autre de sa fréquence respiratoire normale. Le résultat, l’impédance d’entrée du système respiratoire est l’évaluation la plus détaillée de la mécanique respiratoire disponible actuellement. Elle est analysée par le logiciel en utilisant le modèle de phase constante des poumons qui permet de faire une distinction paramétrique entre la mécanique du parenchyme pulmonaire et des voies aériennes. Cette distinction est inestimable afin d’avoir une bonne compréhension de la façon dont les maladies affectent le poumon et ainsi pouvoir donner une signification physiologique aux différentes valeurs paramétriques obtenues. Pour leur part, les courbes pression-volume (P-V loop) représentent les propriétés mécaniques quasi-statiques du système respiratoire qui peuvent être calculées grâce à l’équation Salazar-Knowles [117].

Tableau 1.2. : Exemple de paramètres obtenus selon les différents modèles mathématiques utilisés par le FlexiVent®.

Adapté de [118], [117] et [119] par Maude Talbot©.

Nom de la

perturbation mathématiques Modèles Paramètres Définition

Deep inflation

Modèle à un compartiment

Capacité inspiratoire

Volume d'air maximum pouvant être inspiré à partir de la position de repos expiratoire.

* Paramètre estimé par la capacité pulmonaire totale.

Snapshot-150

Élastance

Mesure de la rigidité élastique des poumons ; Rapport entre la variation de pression et la variation de volume d'une

paroi plus ou moins élastique. Compliance

Mesure de la facilité avec laquelle les poumons prennent de l’expansion ; Capacité du poumon à adapter son volume

en réponse à une variation de pression. * Inverse de l’élastance. Résistance

Terme reflétant l’opposition de l’ensemble des voies de conduction à un flot d’air ; Paramètre évaluant quantitativement le niveau de constriction des poumons.

35 Quick Prime-3 Modèle de phase _constante

Résistance newtonienne (Rn)

Terme reflétant l’opposition des voies de conduction à un flot d’air

* Inversement relié au calibre des grosses voies de conduction.

Amortissement tissulaire [tissue

damping (G)]

Terme reflétant la perte d'énergie thermique dans les tissus durant une manœuvre

d’oscillation forcée. * Très apparenté à la résistance. Élastance

tissulaire (H)

Terme reflétant l’emmagasinage d’énergie dans les tissus durant une manœuvre d’oscillation forcée et le recul élastique des

poumons (elastic recoil ; tissue stiffness) qui permet le retour du poumon à sa forme

initiale suite à une déformation.

P-V loop Équation Salazar-Knowles [adaptée à la branche expiratoire (supérieure)] Compliance quasi- statique (Cst)

Pente de la P-V loop reflétant la pression de recul élastique statique des poumons à

un volume pulmonaire donné Capacité

inspiratoire estimée (A)

Estimé de la différence entre la capacité pulmonaire totale et le volume zéro

(valeur maximale possible)

Grâce à cette technique, les différents changements fonctionnels visualisés chez les souris exposées à la FC sont entre autres un volume résiduel, une capacité résiduelle fonctionnelle ainsi qu’une capacité pulmonaire totale augmentée, le ratio VEMS/CVF étant quant à lui diminué. Pour sa part, la compliance, un indicateur de la souplesse du poumon, est augmentée [81], suggérant que la structure élastique de la matrice extracellulaire est compromise [82]. D’ailleurs, l’élément le plus représentatif de l’emphysème est la perte d’élasticité (augmentation de la compliance quasi-statique) déterminée à partir de la P-V loop [81, 82]. De plus, il est à noter que toutes ces anomalies et d’autres non mentionnées ici s’intensifient plus l’exposition à la FC est prolongée [81].