Partie III : l’apnée du prématuré, physiopathologie et traitement
II. Physiopathologie :
L’apnée de l’enfant prématuré peut être de différente nature.
Elle peut être d’origine centrale. Dans ce cas de figure, elle n’est associé à aucun effort respiratoire (Figure 10) sur une durée de plus de 20 secondes, associé soit à un éveil ou une baisse de SpO2, soit à une chute de la fréquence cardiaque. Elle est due à l’immaturité de la
commande respiratoire centrale et donc un arrêt de la commande des muscles respiratoires, notamment le diaphragme.
Figure 10: Apnée d'origine centrale, arrêt des mouvements thoraciques et abdominaux.
Elle peut être d’origine obstructive se manifestant par une interruption du débit aérien et une persistance des mouvements respiratoire (figure 11) avec une augmentation des efforts respiratoires23. Dans ce cas, l’obstruction peut être due à un collapsus pharyngé ou une fermeture glottique active. Elle peut être due à une flexion du cou, une pathologie neurologique ou a une inhibition de la commande centrale de la respiration qui entraine un arrêt de l’activité des muscles dilatateurs des voies aériennes supérieures.
Figure 11: Apnée d'origine obstructive. Persistance des mouvements thoraciques et abdominaux mais présence d'un asynchronisme.
Enfin elle peut être mixte (la plus courante). Dans ce cas il y aura persistance voir augmentation des efforts respiratoires sur une partie de l’évènement et absence d’efforts respiratoires sur l’autre, peut importe l’ordre.
23
44
1.) Particularités physiologiques de l’enfant prématuré et du nourrisson.
Il faut prendre en compte que le nouveau né prématurément a une physiologie particulière qui a une incidence sur sa capacité à fournir un travail ventilatoire efficace.
a.) Diminution de la capacité résiduelle fonctionnelle de l’enfant prématuré.
Une diminution de la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) est observée chez ces patients. Cette CRF correspond au volume d’air restant dans les poumons à la fin d’une expiration normale et tranquille. C’est la somme du volume résiduel et du volume de réserve expiratoire (Figure 12). Une CRF adéquate est nécessaire aux échanges gazeux.
Le volume résiduel correspond au volume qui reste dans les poumons à la fin d’une
expiration maximale ou forcée. Ce volume ne participe pas aux échanges gazeux. Il représente environs 30% du volume total. C’est un volume mort.
Le volume de réserve expiratoire correspond au volume d’air qui peut être expulsé en
45
Figure 12 : Spirogramme illustrant les subdivisions de la capacité totale
Chez l’enfant prématuré la CRF est diminuée. En effet en l’absence de contraction des muscles respiratoires la compliance de la cage thoracique des prématurés est très élevée par rapport à la compliance des poumons. En d’autres termes, la cage thoracique n’est pas suffisamment rigide (elle est essentiellement cartilagineuse) 24et sa musculature n’est pas suffisamment résistante pour compenser le recul élastique du poumon. De fait le volume de relaxation du poumon est proche du volume de fermeture des alvéoles. De plus il n’est pas rare que ces enfants présentent une maladie des membranes hyalines (MMH), à l’origine d’une diminution de la production de surfactant par les pneumocytes de type II. Or, ce surfactant présent dans les alvéoles pulmonaires a un pouvoir tensio-actif (notamment lorsque qu’il est compressé, en fin d’expiration). Il lutte contre le collapsus des alvéoles pulmonaires.
24
46 La somme de cette diminution de la CRF ainsi que la MMH avec une diminution de la production de surfactant peuvent conduire à un collapsus des alvéoles pulmonaires et donc potentiellement à une apnée.
Enfin le maintien d’une CRF correcte est important car elle prévient la désaturation artérielle lors des pauses respiratoires. De fait une CRF faible expose l’enfant à une chute rapide et profonde de sa saturation artérielle en oxygène au cours des apnées. Il est à noter que la vitesse de chute de la saturation en oxygène est inversement proportionnelle au volume de la CRF.
b.) Particularité musculaire : les fibres du diaphragme.
Le diaphragme est un muscle plat et rayonné. C’est une cloison musculo-aponévrotique qui sépare le thorax de l’abdomen.
C’est le muscle inspirateur principal. A la naissance et notamment chez les enfants prématurés, le diaphragme a une masse musculaire faible. A l’âge adulte le diaphragme est composé à 60% de fibres musculaires de type I (fibres à contraction lente, à métabolisme aérobie, et peu fatigables). Les autres fibres sont des fibres de type IIa et IIb . Ces fibres sont à
contractions rapides, à métabolisme glycolytique et rapidement fatigables (Figure 13).
Figure 13: caractéristiques histochimiques et fonctionnelles des principaux types de fibres musculaires.25
Le nouveau-né présente quelques désavantages mécaniques. En effet ses côtes sont horizontales. De fait elles possèdent une faible amplitude d’élévation qui a pour conséquence une diminution de la participation du thorax à la respiration. De plus le diaphragme de ces enfants est aplati et a donc une efficacité plus faible sur la respiration26. Par conséquent l’enfant augmente sa fréquence respiratoire. Or chez le prématuré et le
25 Orliaguet, Riou, et Leguen, « Maturation postnatale du diaphragme ». 26
47 nourrisson la proportion de fibre de type I (10% chez le prématuré, 25% chez l’enfant à terme, 55% à l’âge de 2 ans, 60% à l’âge adulte)27, est très fortement diminuée au profit des fibres de type II. Cette composition a pour conséquence théorique une grande fatigabilité du diaphragme du prématuré et du nourrisson pouvant être à l’origine de détresses respiratoires. Cependant une étude récente a montré que chez le prématuré cette fatigabilité peut être compensée par la présence de fibres immatures. Dans ce cas là, ce n’est plus la nature de la fibre musculaire qui serait responsable du mauvais fonctionnement du diaphragme mais plutôt la jonction neuromusculaire qui serait défaillante. Une libération inadéquate de neurotransmetteurs pourrait être impliquée tout comme des particularités physiques de cette jonction (jonction neuromosculaire plus petite, terminaison de plaque motrice plus petite, densité plus faible des récepteurs postsynaptiques).28
Il est à noter que certains mécanismes naturellement présents chez les enfants prématurés permettent de compenser les désavantages physiologiques sus-cités. Ces mécanismes sont de trois ordres et permettent d’augmenter le volume de fin d’expiration (volume de gaz restant dans les poumons après une expiration normale) au dessus du volume passif de relaxation des poumons :
Il y a une persistance de l’activation des muscles inspiratoires (le diaphragme) pendant la phase expiratoire.
Une adduction des cordes vocales et également présente. Elle augmente la résistance à l’expiration.
Une augmentation de la fréquence respiratoire est à l’origine d’une diminution du temps expiratoire. De fait l’expiration complète du volume inspiré ne se fait pas.29
Les deux premières contribuent à freiner le flux expiratoire et à augmenter la constante de temps expiratoire, donnée par la formule ci-dessous.
=Rrs/Ers
: constante de temps
Rrs : résistance du système respiratoire
Ers : élastance, compliance du système respiratoire
27
Keens et al., « Developmental Pattern of Muscle Fiber Types in Human Ventilatory Muscles ».
28 Orliaguet, Riou, et Leguen, « Maturation postnatale du diaphragme ». 29
48 Enfin ces mécanismes sont actifs, et donc potentiellement intermittents notamment pendant les phases de sommeils agités. Lorsque ces mécanismes s’interrompent, des apnées peuvent êtres observées.
c.) Asynchronisme thoraco-abdominal.
Lors d’une inspiration à volume constant, la contraction du diaphragme provoque un abaissement de la pression pleurale et l’augmentation de la pression abdominale. Il se produit un mouvement vers l’avant de l’abdomen synchrone de l’expansion et de l’augmentation des diamètres antéropostérieurs et latéraux de la cage thoracique produite par la contraction du diaphragme.
A l’expiration, la pression abdominale diminue provoquant une diminution du diamètre antéropostérieur de l’abdomen en phase avec la réduction du volume thoracique.
Si les mouvements du thorax et de l’abdomen sont parfaitement synchronisés, alors les volumes courants de gaz mobilisés sont maximaux. Si ces mouvements sont déphasés, les volumes courants mobilisés sont plus faibles (Figure 14). A l’extrême, si les mouvements sont totalement déphasés, les volumes courants mobilisés sont proches de zéro malgré la persistance des mouvements respiratoires.
49
Figure 14 Effet de la synchronisation thoraco-abdominale sur le volume courant.
Le volume de gaz déplacé pendant le cycle respiratoire (volume courant) est proportionnel à la somme mathématique du déplacement abdominal et thoracique. Si les mouvements sont parfaitement synchrones le volume courant est maximal
(partie gauche de la figure), si les mouvements sont déphasés dans le temps (90°), le volume déplacé est plus faible malgré un même mouvement abdominal et thoracique. L’efficacité de la ventilation est diminuée (partie droite de la
figure).
Chez le prématuré certains éléments peuvent être responsables de cette asynchronie comme une distribution inhomogène de la pression lors de la contraction diaphragmatique, accentuée par une cage thoracique insuffisamment rigide. Le couplage de ces éléments conduisent à un mouvement paradoxale des côtes lors de l’inspiration qui contribue à l’asynchronie thoraco-abdominale et donc à une diminution des volumes courant et de la CRF. 30
d.) Immaturité des centres respiratoires et des détecteurs périphériques.31
Le prématuré diffère de l’enfant et de l’adulte par de nombreux critères. Le comportement des systèmes de contrôle cardiorespiratoire est altéré par l’immaturité des différents systèmes de détections et évolue constamment avec l’âge gestationnel.
30 Jarreau et al. 31
50 Les cellules du corpuscule carotidien qui sont chémosensibles s’adaptent de façon progressive à la PaO2 qui est très élevée du fait de la vie extra utérine. Après les premiers
jours de vie la sensibilité de ces récepteurs augmente et ainsi les afférences qui en résultent prennent une grande part dans la régulation de la respiration (plus importante qu’à un âge avancé). Leur sensibilité exacerbée et leur adaptation extrêmement rapide sont à l’origine d’une instabilité respiratoire ainsi que d’épisodes d’hypoxémies intermittentes.
d.1) Réponse ventilatoire à l’hypoxémie :
La réponse à l’hypoxie sous forme d’un chémoréflexe artériel périphérique, présent chez l’homme adulte, se matérialise par une hyperventilation, une vasoconstriction périphérique et une tachycardie.
Chez le prématuré, cette réponse est immature. Elle aboutit à une apnée et une bradycardie (Figure 15). Ainsi il est observé qu’en réponse à une hypoxie brève, la fréquence respiratoire et le volume courant du nouveau né sont transitoirement augmentés pendant une durée brève d’1 à 2 minutes, suivis par une diminution lente et soutenue de la respiration. 32
Figure 15: Effet à court terme de l'apnée centrale
32
51
d.2) Réponse ventilatoire à l’hyperoxie
Chez l’enfant prématuré, une baisse de la ventilation de 40% est observée en réponse à une hyperoxie brève (un cycle respiratoire avec une FiO2 de 100% suffit). Pour l’enfant né à
terme cette baisse de la ventilation n’est que de 14%. Cela a pour conséquence une augmentation du nombre d’apnées. Il a été observé que plus la SpO2 précédent l’épisode
hyperoxique est basse plus la baisse de la ventilation et la durée de l’apnée seront longues.33 (FiO2= fraction inspiré d’oxygène, SpO2= saturation artérielle en oxygène qui est un reflet de
la fraction d’hémoglobine oxygénée).
d.3) Réponse ventilatoire à l’hypocapnie
Chez l’enfant né à terme ou prématuré, le seuil apnéique est voisin du niveau de PaCO2
eupnéïque ou normal (1 à 1.3 mmHg au-dessous de la PaCO2 eupnéïque)34. Ainsi de faibles
variations peuvent conduire la PaCO2 eupnéïque au dessous du seuil apnéique et donc
déclencher une apnée. De fait un soupir secondaire à une baisse des volumes pulmonaires ou un épisode d’hyperventilation, même bref, déclenché par les chémorécepteurs périphériques, peuvent entrainer une diminution suffisante de la PaCO2 entrainant un
épisode d’apnée.
d.4) Réponse ventilatoire à l’hypercapnie
Lors d’une hypercapnie, le nouveau né prématuré augmente sa durée d’expiration mais sans modifier sa fréquence respiratoire ni le volume courant. Son volume minute est donc inférieur à celui du nouveau né à terme. Cette réponse inadaptée est encore plus importante chez le prématuré apnéique. De plus les mouvements désordonnés des muscles respiratoires pourraient intervenir et aggraver une apnée déjà présente. 35
33
Beuchée, « 23 - Apnées et épisodes de désaturation du prématuré ».
34 Abu-Shaweesh et Martin, « Neonatal Apnea ». 35
52
d.5) Réponse ventilatoire au chémoréflexe laryngé.
En réponse à une agression, la muqueuse laryngée provoque une réponse complexe comprenant une apnée, une déglutition et une bradycardie par coactivation sympathovagale.
Chez le prématuré ce mécanisme de protection des voies aériennes supérieures est immature et exacerbé36. Ainsi une apnée, bradycardie prolongée est souvent observée. De plus la conjugaison d’un chémoréflexe laryngée exagéré avec une mauvaise coordination succion-déglutition-respiration peut aboutir à une apnée sévère37. Ainsi l’alimentation entre dans les facteurs déclenchant des apnées.
Enfin, à la suite des apnées induites par un chémoréflexe laryngé, une chute de la pression du sphincter inférieur de l’œsophage est observée38. Il en résulte l’apparition possible d’un reflux œsophagien pouvant aboutir à une obstruction des voies aériennes supérieures.
d.6) Organisation non linéaire du rythme respiratoire
Chez le prématuré la durée des intervalles respiratoire n’est pas linéaire. Elle est irrégulière. Ceci est du à la commande centrale du générateur de rythme qui se trouve dans le tronc cérébral sous la forme du complexe pré-Bötzinger et du groupe respiratoire parafacial qui sont immatures.
e.) Obstruction des voies aériennes supérieures.
L’obstruction des voies aériennes supérieures est observée dans les apnées obstructives et mixtes. Généralement l’obstruction s’effectue au niveau du pharynx. Le site peut également être laryngé par la formation d’un collapsus des bourrelets aryténoïdes. Ces obstructions sont la conséquence d’une chute généralisée du tonus musculaire à laquelle s’associe un collapsus des voies aériennes supérieures concomitantes de l’arrêt de la commande
36 Pickens, Schefft, et Thach, « Prolonged Apnea Associated with Upper Airway Protective Reflexes in
Apnea of Prematurity ».
37
Gewolb et Vice, « Maturational Changes in the Rhythms, Patterning, and Coordination of Respiration and Swallow during Feeding in Preterm and Term Infants ».
38
53 respiratoire centrale. Cette chute généralisée du tonus des muscles se produit généralement pendant le sommeil.39
Enfin la position de l’enfant (flexion du cou) et l’anatomie particulière de leurs VAS favorisent l’apparition d’apnées :40
Une langue plus épaisse ;
Une épiglotte longue et en forme d’Ω ;
Un diamètre des VAS plus petit ;
Un larynx plus antérieur et placé plus haut ; de plus, l'angle des cordes vocales avec la trachée est différent, la trachée devenant plus postérieure en direction caudale ;
Un espace sous-glottique, au niveau du cartilage cricoïde, plus étroit que l'espace glottique.
f.) L’inflammation
De récentes recherches tendent à montrer que l’inflammation modulerait le contrôle central de la respiration. La répétition de petits épisodes hypoxémiques conduirait à l’augmentation de l’expression des médiateurs pro-inflammatoires dans le système nerveux central qui diminuerait la plasticité des centres nerveux de la respiration.
Ainsi une expérience a été menée sur des rats. Le premier groupe a été exposé à des hypoxies intermittentes en l’absence d’inflammation concomitante. Le second groupe a été exposé aux mêmes hypoxies intermittentes mais avec l’administration de lipopolysaccharides (LPS) pro inflammatoire. Le premier groupe présente une meilleure réponse à l’hypoxie par rapport au second groupe. Dans le second groupe, la réponse des chémorécepteurs carotidiens est diminuée. 4142
39
Morton et Smith, « Treatment Options for Apnoea of Prematurity ».
40
Dolci, Bernath, et Albrecht, « 36 - Pédiatrie et anesthésie ».
41 Peers et al., Arterial Chemoreceptors in Physiology and Pathophysiology.p115-21. 42
54
g.) Influence du sommeil :
Tout comme l’adulte l’enfant né prématurément présente un cycle du sommeil. Ce cycle dure 45 minutes chez les enfants de moins de 35 semaines d’aménorrhées contre 60 à 70 minutes chez les enfants âgés de plus de 35 semaines et 90 minutes chez l’adulte. Chez les enfants, on distingue deux types de sommeil. Le sommeil calme (SC) et le sommeil agité (SA) (Figure 16). Il existe un troisième type de sommeil, le sommeil indéterminé qui mélange les caractéristiques du sommeil calme et agité. Ce troisième type de sommeil est très présent chez les enfants prématurés et diminue avec son développement. Ainsi jusqu’à 34 semaines d’âge gestationnel, le SI représente 30% du temps de sommeil. Au-delà de 35 semaines, ce dernier ne représente plus que 10% du temps total de sommeil. Le SI est progressivement remplacé par du SA. 43
Le sommeil calme : l’enfant est calme pendant ce sommeil, c’est un sommeil très
stable. L’enfant ne présente aucun mouvement en dehors de quelques sursauts. Son tonus musculaire reste important. La respiration est lente et régulière, elle est sous le contrôle d’afférences véhiculées par les chémorécepteurs.
Le sommeil agité : Il correspond au sommeil paradoxal de l’adulte. Il est caractérisé
par une série de mouvements fins au niveau des doigts et des orteils, de mouvements plus amples au niveau des membres. Un des signes caractéristique de ce stade de sommeil est le mouvement oculaire rapide ou REM (rapid eye movment). Pendant ce stade la respiration est soumise à un contrôle « comportemental », proche du contrôle présent en stade d’éveil. Ainsi des pauses respiratoires, une augmentation de la fréquence respiratoire ainsi qu’une respiration irrégulière et un décalage de phase entre les mouvements respiratoires thoraciques et abdominaux sont observés. Du fait de ce décalage de phase appelé asynchronisme thoraco- abdominal, la respiration est moins efficace. Les pauses respiratoires sont très courantes entre 31 et 38 semaines d’âge gestationnel. Elles diminuent progressivement à partir de la 39éme et 41éme semaine. La fréquence respiratoire quant à elle est stable avant la 39éme semaine gestationnelle puis accélère à partir de cette dernière44. Cette augmentation de fréquence se poursuit pendant les premier mois de vie. Ce stade de sommeil est caractérisé par une plus grande instabilité du
43
Challamel, « Sommeil normal: son développement du foetus à l’adolescent. »
44 Curzi-Dascalova, Lebrun, et Korn, « Respiratory Frequency According to Sleep States and Age in Normal
55 système autonome. De fait les apnées surviennent plus fréquemment au cours de ce dernier.4546
Figure 16: Exemple d'enregistrement polygraphique en sommeil calme (SC) et en sommeil agité (SA) chez un enfant de 35 semaines et 3 jours d'âge conceptionnel.
MO: mouvements oculaires; myo. ment.: EMG tonique du muscle mentonnier; mvts. memb. sup. inf.: mouvements des membres superieurs et inf6rieurs. EMG diaph.: EMG de surface du diaphragme; Resp. thor. abd. nas.: mouvcments respiratoires thoraciques et abdominaux et flux nasal. On remarque que la respiration en sommeil agité est irrégulière
(partie droite du polygraphe).47
45 Curzi-Dascalova, « Développement du sommeil et des fonctions sous contrôle du système nerveux
autonome chez le nouveau-né prématuré et à terme ».
46
Zhao, Gonzalez, et Mu, « Apnea of prematurity ».
47 Curzi-Dascalova et al., « Organisation du sommeil des nouveau-nes prematures normaux. Etude
56
2.) Diagnostique différentiel
Avant de poser le diagnostique d’apnées idiopathiques du prématuré, il convient d’écarter la présence de certaines pathologies ou de facteurs favorisants tels que : l’obstruction nasale notamment par une sonde, le ballonnement abdominale gênant les mouvements du diaphragme, les pathologies infectieuses comme les septicémies et les méningites; les déséquilibres métaboliques tels que les hypoglycémies ou encore les causes iatrogènes avec les benzodiazépines.
Par ailleurs trois situations particulières ne doivent pas êtres oubliées :
En premiers lieu la vaccination des prématurés notamment contre la coqueluche entraine la réapparition d’épisodes d’apnées et de bradycardies malgré le fait que le vaccin soit acellulaire. De fait, la première injection de ce vaccin aux enfants nés avant 32 SA s’effectue en milieu hospitalier sous monitoring cardiorespiratoire. Si une apnée, une désaturation ou une bradycardie apparaissent, un monitoring sera nécessaire pour toutes les injections ultérieures. Pour les enfants nés en extrême prématurité il faut attendre j67 et un poids minimum de 2000g avant d’effectuer une injection.4849
Ensuite de nombreuses études ont été réalisées pour étudier le lien entre les apnées et les épisodes de reflux gastro-œsophagiens. A ce jour aucune relation temporelle ou causale n’a été établie. Cependant beaucoup trop de médicaments pro-kinétiques