A l’état instable : lors d’exacerbation

La physiopathologie des bronchopathies chroniques obstructives est caractérisée par des anomalies des propriétés mécaniques du système respiratoire, une charge importante imposée aux muscles respiratoires, une altération des échanges gazeux intra pulmonaires, et des modifications de l'activité des centres respiratoires .

a) Modifications mécaniques :

La limitation des débits expiratoires résulte d'une diminution de la pression de rétraction élastique du poumon chez les patients emphysémateux et du rétrécissement des voies aériennes dans le cadre de la bronchite chronique.

C'est donc la maladie respiratoire chronique sous-jacente qui, du fait des lésions anatomopathologiques, est responsable de la limitation des débits expiratoires. Cette gêne au débit expiratoire ne peut pas être contre balancée en soufflant plus fort au temps expiratoire. En effet, en augmentant l'effort expiratoire, le patient accroît la pression pleurale qui devient positive et aboutit à un phénomène antagoniste de l'expiration dans la mesure où elle comprime les bronches, réduisant leur calibre et donc les débits expiratoires. Ce phénomène est illustré par le fait que certains patients très distendus limitent la chute de pression entre l'alvéole et la bronche en pinçant les lèvres à l'expiration. C'est une méthode utilisée également en kinésithérapie respiratoire.

Les neutrophiles et les éosinophiles activés produisent de nombreux médiateurs de l’inflammation qui exercent des effets broncho constricteurs et pro-œdémateux.

Les mécanismes inflammatoires liés à la pollution :

La pollution (ozone, dioxyde d’azote, dioxyde de soufre, particules) peut majorer la réaction inflammatoire liée à une infection par rhinovirus. La pollution est, par elle-même, un facteur d’exacerbation; en effet, un risque accru d’hospitalisation pour BPCO est observé lors des augmentations de l’ozone. De même, l’augmentation de la teneur de l’air en particules augmente le risque de mortalité et d’hospitalisation pour BPCO [95]. La pollution exerce un stress oxydatif épithélial et stimule, par des mécanismes identiques à ceux décrits pour les infections à rhinovirus, la production d’isoprostanes responsable d’une contraction des muscles lisses et d’un œdème. Ce stress oxydatif provoque aussi le recrutement et l’activation des éosinophiles et des neutrophiles et l’altération du récepteur muscarinique M2 facilitant un réflexe cholinergique broncho constricteur [95,96,97].

c) Altération des échanges gazeux :

Au cours de la poussée aiguë, la majoration de l'hypoxémie et l'hypercapnie est liée à une inhomogénéité accrue des rapports ventilation-perfusion, à une limitation mécanique du système ventilatoire actif et à une modification du mode ventilatoire : fréquence respiratoire augmentée, volume courant diminué.

En cas de poussée aiguë, l'administration d'oxygène aboutit, chez certains patients, à une élévation importante de la PaCO2. Comme la ventilation externe

est inchangée [98], la rétention de CO2 est probablement en rapport avec des modifications de la vasoconstriction pulmonaire hypoxique.

Lorsque la fraction inspirée d’oxygène (FIO2) est basse, la vasoconstriction pulmonaire est active et les vaisseaux perfusant les zones mal ventilées sont fermés (réduction de l'effet shunt). Cette vasoconstriction, en augmentant les pressions dans le réseau pulmonaire, facilite la redistribution vasculaire vers les territoires ventilés mais faiblement perfusés [99]. Il en résulte donc une diminution de l'effet espace mort et un accroissement des territoires contribuant aux échanges gazeux avec des rapports de la ventilation sur la perfusion proche de 1. Lorsque la FIO2 (normalement de 21%) augmente, la vasoconstriction pulmonaire hypoxique est moins efficace, les résistances pulmonaires baissent, et des territoires mal ventilés sont de nouveau perfusés, alors que d'autres bien ventilés le sont moins. De ce fait, il y a moins de sang veineux en contact avec des alvéoles fonctionnelles (et susceptibles d'excréter du CO2) ; par ailleurs, l'espace mort augmentant et la ventilation minute restant constante, la ventilation alvéolaire diminue et la PaCO2 augmente.

Lorsque la FIO2 est basse, la vasoconstriction pulmonaire est efficace (partie haute). Lorsque la FIO2 augmente, la vasoconstriction pulmonaire est peu active (partie basse). Les territoires pulmonaires bien ventilés et mal perfusés (effet espace-mort) sont en blanc, les territoires dont le rapport ventilation/perfusion est proche de 1 sont en gris, et les territoires mal ventilés

Mécanismes de l’hypoxémie :

Les principaux mécanismes qui participent à l’hypoxémie sont :  L’hypoventilation alvéolaire

 Une anomalie de diffusion  L’existence d’un shunt

 Les modifications du rapport ventilation/perfusion (VA/Q).

De ces quatre mécanismes, l’inégalité du rapport VA/Q est la plus souvent incriminée, ainsi, le shunt intra pulmonaire est caractérisé par un rapport VA/Q égal à 0, c’est-à-dire qu’une zone pulmonaire perfusée n’est plus ventilée (atélectasie).

Dans ce cas, la baisse de la PaO2 résulte du mélange de sang normalement oxygéné et de sang veineux qui a traversé cette zone sans échanges gazeux.

Dans l’effet shunt, le rapport VA/Q est diminué. Du fait de l’hypoventilation dans certaines zones, la baisse de la PaO2 résulte de l’incapacité des zones bien ventilées à compenser le déficit malgré une hyperventilation alvéolaire. L’effet espace mort, caractérisé par un rapport VA/Q tendant vers l’infini, reflète l’existence de zones pulmonaires ventilées mais mal perfusées.

Mécanismes de l’hypercapnie :

Une élévation de PaCO2 pourrait résulter soit d'une augmentation de production de CO2, soit d'une diminution de la ventilation alvéolaire. Elle est majorée par l’augmentation de production de CO2 par l’organisme en hyper métabolisme lié au stress de la maladie et de sa cause.

Dans la mesure où la VCO2 (production de CO2) est constante, la diminution de la ventilation alvéolaire est le principal facteur responsable. Cette diminution n'est pas en rapport avec une réduction de la ventilation totale, mais avec une augmentation de l'effet espace mort. L'importance du VD (espace mort) dépend de la maladie broncho-pulmonaire elle-même, alors que VT (volume courant) est un élément dépendant de l'activité des centres respiratoires.

VI. Diagnostic :

L’examen clinique est peu performant pour diagnostiquer précocement la BPCO (20% des malades porteurs d’un syndrome ventilatoire obstructif n’ont pas de symptômes de bronchite chronique préalables ou concomitants).

Les signes fonctionnels sont le plus souvent :  La dyspnée

 La toux chronique

 Les expectorations chroniques

Mais il s’avère nécessaire de bien détailler les caractéristiques spécifiques de chacun de ses symptômes afin d’améliorer le diagnostic d’orientation de cette pathologie qui reste jusque-là sous diagnostiquée.

 La dyspnée :

La dyspnée peut être aigue ou chronique et présente plusieurs caractéristique à savoir :

Dyspnée inspiratoire / expiratoire, dyspnée de kussmaul, et la dyspnée de cheyne- stockes mais la dyspnée de la BPCO est bel bien une dyspnée expiratoire :

-Caractérisée par un allongement du temps expiratoire: traduisant l’existence d’un rétrécissement du calibre bronchique, fréquemment associée à des sifflements intra thoraciques, peuvant être accompagnée par la contraction des muscles abdominaux lors de l’expiration (qui est donc dans ce cas active).

Il existe des moyens simples mais peu précis pour quantifier rapidement une dyspnée :

 Echelle visuelle analogique (EVA)

Il s’agit de la méthode la plus simple. L’EVA est généralement représentée sur une petite réglette de 10 cm de long, munie d’un curseur, dont une extrémité porte la mention « pas du tout d’essoufflement » et l’autre « essoufflement maximal ».

 Echelle de dyspnée de Borg :

Elle est très utile pour apprécier une dyspnée aiguë ou bien quantifier la dyspnée après réalisation d’un exercice prédéterminé (Test de marche de 6 minutes par exemple), est une échelle simple et reproductible fondée sur les descriptions verbales de la dyspnée. Des équivalents chiffrés sont établis pour chaque palier.

Figure 7 : Echelle de BORG

 Classes fonctionnelles de la New York Heart Association (NYHA) L’évaluation de la classe de la NYHA est fréquemment utilisée en cardiologie et pour les maladies vasculaires pulmonaires. Elle permet d’évaluer le retentissement fonctionnel de l’activité physique. On distingue 4 classes (et non stades) de la NYHA :

 L’échelle du Medical Research Council (MRC scale)

L’échelle du MRC évalue les effets de la dyspnée sur les activités quotidiennes.

-Basée sur les difficultés à marcher ou à monter les escaliers.

-Bien corrélée à la distance parcourue au test de marche de 6 minutes. -Très utilisée dans le suivi des pathologies respiratoires.

 Toux chronique :

La toux chronique est une toux durant depuis plus d'un mois. Elle peut être liée à des irritations comme dans le cas du reflux gastro-œsophagien ou un écoulement nasal postérieur chronique (en cas de rhinite allergique notamment) ou des phénomènes allergiques comme l'asthme. Plus rarement elle peut être liée à une maladie comme la tuberculose. Chez les fumeurs, la toux chronique peut être le symptôme d'une broncho-pneumopathie chronique obstructive. Dans tous les cas, une toux chronique impose un suivi médical.

Dans la BPCO elle est surtout due à l'exposition au tabac, à l'hypersécrétion et à l'inflammation neutrophile des voies aériennes ; elle est moins liée à une augmentation de la sensibilité du réflexe de toux.

 Expectorations :

Les expectorations, qui prennent l'appellation de crachats dans le langage courant(Le crachat est le rejet par la bouche de sécrétions d'origine ORL, buccale ou broncho-pulmonaire le crachat n'est pas synonyme d'expectoration), proviennent de l'accumulation de sécrétions dans les voies aériennes supérieures. De façon générale, ces accumulations de mucus, expulsées grâce à la toux, interviennent au cours d'affections broncho-pulmonaires. Dans la BPCO ces expectorations sont généralement : chronique, le plus souvent muqueuse, quelquefois muco-purulente ou purulente ; jamais très abondante.

 Diagnostic clinique [100]

Le diagnostic de la BPCO doit être évoqué chez tout individu qui présente une dyspnée, une toux chronique et des expectorations, en tenant compte de l'exposition aux facteurs de risque spécialement le tabac. GOLD 2016

Ces différents symptômes sont les clés du diagnostic, mais ne permettent pas de le confirmer, ils augmentent juste sa probabilité chez tout individu au-delà de 40ans. La présence de ces derniers requiert la pratique d'une spirométrie afin d'établir le diagnostic.

Les caractéristiques des symptômes clés :

 La dyspnée: elle est progressive, survient surtout à l'effort puis devient persistante.

 Toux chronique: peut-être intermittente et non productive .

 Expectoration productive chronique : ce motif n'est pas spécifique de la BPCO.

 Histoire d'exposition aux facteurs de risque: tabac, exposition professionnelle , domestique ...

 Histoire familiale de la BPCO.

La spirométrie est recommandé pour poser le diagnostic de la BPCO: la présence d'un rapport VEMS/CVF <0.70 post bronchodilatateurs confirme la limitation des débits aériens persistante .Tout les spécialistes de santé qui traitent les patients atteints de la BPCO doivent avoir accès à la spirométrie.

Classification :

On décrit, par convention, 4 stades de la BPCO dont le niveau de sévérité dépend du VEMS allant du stade léger au stade très sévère.

 C’est la classification GOLD 2015.  Classification spirométrique de la BPCO :

La sévérité est en fonction du VEMS post β2 mimétiques Chez les patients avec VEMS/CV < 70% :

Tableau 2 : Classification de la BPCO selon le VEMS post β2 mimétiques

GOLD 1 Léger VEMS ≥ 80 % de la valeur prédite

GOLD 2 Modéré 50 % ≤ VEMS < 80 % de la valeur prédite GOLD 3 Sévère 30 % ≤ VEMS < 50 % de la valeur prédite GOLD 4 Très sévère VEMS < 30 % de la valeur prédite

Cependant, cette classification certes forte intéressante, repose uniquement sur les valeurs fonctionnelles respiratoires. La nouvelle classification permet de classer les patients atteints de BPCO en quatre groupes différents (A, B, C, D) qui seront bien détailler dans le chapitre suivant.

Nous allons cependant au cours de cette partie mettre en évidences les différents moyens d’explortions disponibles.

aériennes distales (VAD) , c'est à dire les voies aériennes dont le diamètre est

inférieur à 2mm, joue un rôle physiopathologique mécanique et inflammatoire important dans la BPCO, leurs implications est prédominante dans la BPCO dès le début de la maladie mais il n'existe actuellement pas de test de référence permettant d'affirmer l'atteinte des VAD.

 Il s'avère important à ce stade de définir les volumes,les capacités ainsi que les débits pulmonaires dont nous aurons besoin tout au long de ce travail .

 En ce qui concerne les volumes :

•VEMS: Volume d'air expiré en une seconde au cours d'une expiration forcée effectuée après une inspiration maximale . Le sujet gonfle ses poumons au maximum puis expire aussi fort et aussi rapidement qu'il peut.

•Volume courant (VC) : Volume mobilisé à chaque cycle respiratoire pendant une respiration normale (de repos). Elle est automatique et inconsciente. Valeur : 0.5ld'air.

•Volume réserve inspiratoire (VRI) : Volume maximum pouvant être inspiré en plus du volume courant à l'occasion d'une inspiration profonde. Valeurs moyennes : 3.1l.

•Volume réserve expiratoire (VRE) : Volume maximum pouvant être rejeté en plus du volume courant à l'occasion d'une expiration profonde. Valeurs moyennes :1.2l.

•Volume résiduel (VR) : Volume d'air se trouvant dans les poumons à la fin d'expiration forcée. Autrement dit qu'il est impossible d'expirer .Il est impossible de mesurer ce volume avec des test de spirométrie . Pour mesurer le VR, des

tests plus sophistiqués, comme à l'hélium ou pléthysmographies sont nécessaires.

 Pour les capacités pulmonaires:  Capacité vitale (CV) : VRI+VC+VRE  Capacité inspiratoire (CI) : VC+VRI

 Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) : VRE+VR  Capacité pulmonaire totale (CPT) : CV+VR

 Capacité vitale lente (CVL) : est similaire à la CV mais réalisée lors d'une expiration lente +++

 Finalement les débits :

 DEP : Débit expiratoire de pointe .

 DEM 75: Débit expiratoire maximal au point 75 de la CVF.  DEM 50: Débit expiratoire maximal au point 50 de la CVF.  DEM 25:Débit expiratoire maximal au point 25 de la CVF.

 DEMM: Débit expiratoire maximal médian pris entre 25% et 75% de la CVF, encore appelé DEM 25-75.

 DEMM/CVF : Rapport Débit expiratoire maximal médian sur capacité vitale forcée

 La spirométrie: [101,102,103,104]

La spirométrie est le test le plus fréquemment employé pour évaluer et suivre l'évolution du TVO associé à une atteinte inflammatoire bronchique chronique. Le TVO est défini par une diminution du rapport VEMS/CVL (coefficient de TIFFNEAU). Il est recommandé de mesurer à la fois la CVF et la CVL.

Figure 9 : Spirométrie

L'obstruction bronchique est le plus souvent présentée comme la chute du volume expiratoire maximale seconde /capacité vitale forcée (VEMS/CVF en dessous de 70%). La définition la plus rigoureuse du TVO est une valeur du VEMS/CV inférieur au 5ème percentile de la valeur de référence en retenant la meilleure valeur de CV obtenue (CVF ou CVL ). Cette définition du syndrome obstructif correspond aux recommandations ATS/ERS publiées en 2005 mais

Les débits expiratoires maximaux à 50% et 25% de la CVF pourraient être utilisés pour le dépistage précoce de l'obstruction bronchique à un stade où VEMS et VEMS/CV sont encore dans les limites de la normale. Le DEM 25/75 a été longtemps considéré comme un marqueur de TVO débutant. Malheureusement, la grande variabilité de cette mesure et l'absence de corrélation anatomique ou histopathologique avec les VAD ne plaident pas en faveur de son utilisation. Hansen et al ont évalué l'intérêt du VEM en trois secondes et du rapport VEM3/CVF pour préciser son intérêt dans l'évaluation des VAD. Cette études introduit le concept du calcul de la fraction de la CVF non expirée après trois secondes qui pourrait permettre de détecter précocement la limitation des débits aériens expiratoires. Les auteurs ont étudié les mesures réalisées chez 6000non-fumeurs et 3600 fumeurs actifs afin de valider les valeurs limites inférieurs de la normale du VEMS/CVF mais surtout du VEM3/CVF et du rapport 1-VEM3/CVF chez les non-fumeurs. La valeur limite inférieur de la normal du VEM3/CVF diminue avec l'âge, alors que celle du rapport 1-VEM3/CVF augmente significativement plus vite chez les fumeurs. Mais la valeurs limite inférieure de la normale du DEM 25-75 diminue considérablement avec l'âge et entraine un nombre important de résultats faux positifs de TVO débutant.

Figure 10 : Courbe débit - volume

 La mesure de la distension thoracique : [105,106,107,108] :

La mesure des volumes pulmonaires en pléthysmographie, incluant la CV, le VR , la CPT , est habituellement utilisée pour mesurer le piégeage aérique et donc la dysfonction des VAD. Alors que la distension statique est liée à la perte d'élasticité pulmonaire, la distension dynamique survient quand le poumon n'arrive plus à se vider suffisamment au cours d'une expiration complète. Elle est définie par une augmentation de la CRF ou par une augmentation du volume télé-expiratoire. Au cours de la BPCO, la distension thoracique de repos

la perte du recul élastique du tissu pulmonaire et à l'obstruction des VAD survient habituellement à bas volume pulmonaire, c'est à dire lorsque le volume pulmonaire se rapproche du VR. Avec la perte du recul élastique du tissu pulmonaire , la fermeture des VAD survient à plus haut volume pulmonaire . Ce phénomène de fermeture précoce des VAD est aggravé par la présence de l'inflammation bronchique intraluminale. L'atteinte inflammatoire des VAD est un élément majeur et précoce de la physiopathologie de la BPCO , et un des mécanismes de l'augmentation du VR, observée les premiers stades de la BPCO.

 Autres méthodes : [109,110,111,112,113] :

Les résultats de la spirométrie et de la mesure des volumes pulmonaires ne permettent pas toujours d'expliquer la sévérité clinique de la BPCO et ne ciblent pas la VAD . Plusieurs tests fonctionnels pourraient s'avérer pertinents dans l'évaluation spécifique des VAD..

 Rinçage de l'azote en cycle unique (single breath) :

La technique consiste à analyser la concentration d'azote chassée dans l'air expiré après une inspiration complète d'oxygène pur lors d'une manœuvre de capacité vitale inspiratoire .Deux types d'anomalies sont évocateurs d'une atteinte des VAD : L'augmentation du volume dit de "fermeture" phase IV ou de la capacité de fermeture (somme du volume résiduel et du volume de fermeture) et l'augmentation de la pente de la phase III ( plateau alvéolaire). Cette dernière traduit l'hétérogénéité de ventilation des différentes zones pulmonaires . La capacité de fermeture augmente également significativement à intervalle de quatre ans chez les sujets fumeurs ayant initialement une spirométrie normale , en parallèle avec le VR et CVF . Dans L'emphysème par déficit en alpha -1-antitrypsine , la pente de la phase III est corrélée à l'altération de la DLCO et non du niveau d'obstruction et semble donc le reflet des anomalies distales . Cette technique simple n'est quasiment plus disponible sur les matériels d'EFR actuellement commercialisés.

des gaz en rapport avec le calibre des voies aériennes et la résistance liée au tissu pulmonaire. Cette contribution faible a cependant été revue à la hausse par plusieurs auteurs, dont Yanai qui a montré que les VAD peuvent générer plus de 50% des résistances bronchiques totales à l'écoulement aérien dans la BPCO. Cette technique invasive nécessite l'introduction sous endoscopie d'un capteur de pression et reste naturellement inutilisable en routine.

 Résistance et conductance spécifiques en plétysmographie :

La mesure de la résistance pulmonaire totale nécessite de connaître la différence de pression entre la bouche et la plèvre et donc l'utilisation d'une sonde de pression œsophagienne comme reflet de pression pleurale . Elle n'est pas réalisée en pratique courante . La résistance des voies aériennes (Raw) représente l'essentiel de la résistance pulmonaire totale . Raw se calcule couramment en plétysmographie à partir des valeurs mesurées des résistances spécifiques et de la CRF. La valeur de Raw varie en fonction du volume pulmonaire. L'inverse de la résistance est la conductance (Gaw). On calcule la conductance spécifique (sGaw) qui est le rapport de la conductance au volume pulmonaire. La valeur de sGaw a l'avantage d'être totalement indépendante du niveau de volume pulmonaire auquel la mesure est réalisée.

Le lien entre la diminution de la sGaw et l'obstruction des VAD est évoqué par plusieurs arguments. Bassiri et al. ont constaté une élévation précoce de la sGaw chez les transplantés pulmonaires présentant une bronchiolite débutante . Il existe aussi une corrélation entre le sGaw et certain paramètre d'oscillation forcée , dont la fréquence de résonance et la réactance à 5hz. Enfin la mesure de sGaw s'est avérée précocement altérée chez les fumeurs.

 Résistance par oscillations forcées et oscillométrie d'impulsion: Elle consiste à appliquer au système respiratoire, au cours d'un cycle