Mesures du VGT (et de la CRF) en pléthysmographie : Comment les réaliser et les interpréter vite et bien dans votre pratique quotidienne ?

Article rédigé par Dr. Robert Barbier
Pneumologue à Avignon
Novembre 2022

Le progrès qu’apporte la pléthysmographie est de permettre, grâce à la simple détermination de la CRF, de mesurer des volumes pulmonaires inaccessibles en spirométrie. La mesure pléthysmographique de la CRF est la méthode de référence, elle a supplanté la mesure par dilution à l’Hélium.

A quoi sert la mesure de la CRF ?

• La CRF est le volume pulmonaire de relaxation du système thoraco-pulmonaire, constaté en fin d’expiration passive. Les forces de rétraction élastique du poumon et d’expansion de la cage thoracique s’annulent. A ce volume, la courbe de compliance du système thoraco-pulmonaire est favorable et permet une respiration spontanée avec une dépense énergétique moindre.

• La mesure pléthysmographique de la CRF est le point de départ de la mesure de l’ensemble des volumes pulmonaires. C’est le spiromètre intégré dans la cabine de pléthysmographie qui complète les mesures pour apprécier l’ensemble des volumes pulmonaires.
• La CRF peut être mesurée au-dessus de sa Limite Supérieure Normale : c’est la définition de la distension (respiration spontanée à haut volume pulmonaire). Cependant, les pneumologues utilisent plus volontiers d’autres paramètres pour parler de distension (CPT, VR, VR/CPT…).
• En mesurant une CRF élevée, on détecte une distension statique (par augmentation de la compliance pulmonaire comme dans l’emphysème qui accompagne la BPCO). En revanche, pour démontrer la distension dynamique des patients BPCO en particulier, il faut la mesure de la CI (miroir de la CRF) qui diminue alors à l’exercice. Ceci est réalisable sur vélo ou sur tapis.

• La CRF peut être mesurée en dessous de sa Limite Inférieure Normale : cela traduit une respiration à bas volume pulmonaire. Elle n’est pas toujours synonyme de syndrome restrictif (défini par une CPT abaissée), comme c’est le cas de certains patients obèses avec CPT normale. Dans d’autres situations, une CRF basse reflète volontiers la restriction (maladies neuro-musculaires, déformation thoracique, pathologie fibrosante).

A quoi correspond le VGT ?

• Le VGT (volume gazeux thoracique) correspond au volume mesuré en pléthysmographie lors de la respiration avec obturateur fermé (cf. infra). C’est le volume pulmonaire « piégé » par l’obturateur et mesuré grâce aux lois de Boyle-Mariotte.
• Le VGT n’est pas une mesure toujours exacte de CRF mais c’est à partir de VGT que les logiciels des fabricants calculent la CRF. Ce décalage est lié en partie au délai entre le déclenchement de l’interruption et la mesure de VGT (quelques millisecondes), qui se fait parfois alors que le patient a inspiré quelques ml. Cela varie avec la FR du patient. Il faut tenir compte aussi du stress du patient qui peut conduire à le faire respirer à plus haut volume pulmonaire que sa véritable CRF.
• La CRF peut être très proche du VGT, parfois égale, si le patient respire à une FR appropriée. Il faut donc conduire le patient à effectuer une respiration correspondant à sa véritable CRF ; cela peut nécessiter des conseils de relaxation et plusieurs essais pour certains d’entre eux.

Principe de la mesure du VGT

• Le patient, assis dans le pléthysmographe, respire paisiblement. Dès lors que la ligne de volume courant se stabilise (à la CRF), les mesures de VGT peuvent commencer.
• Dans les cabines modernes, le patient continue à respirer normalement pendant ces mesures ; le halètement rapide est devenu inutile. Sa FR, affichée à l’écran, doit rester de couleur verte, ni trop basse, ni trop élevée. On corrige aisément par consignes vocales la FR du patient.
SCHEMA ECRAN de pleth avec affichage de FR verte

• Dans les anciennes cabines, dont nombre sont encore en service, faire haleter le patient à une FR proche de 60/min est nécessaire pendant les mesures de VGT, source de contrainte supplémentaire pour le patient.
• L’opérateur déclenche la fermeture de l’obturateur (durée 2,5 secondes), ce qui génère un petit bruit sec facile à identifier. Le volume piégé (VGT) subit une compression/décompression obéissant à la loi de Boyle – Mariotte pendant la poursuite des efforts respiratoires du patient.
• Les paramètres mesurés lors de cette manœuvre (obturateur fermé) sont la pression à la bouche (Pm) qui reflète la PA (pression alvéolaire) et la pression dans la cabine (Pbox), reflétant les modifications du volume libre de la cabine (comparables en sens opposé à celles du volume pulmonaire) que les anglo-saxons définissent comme « shift volume », Delta V ou ΔV.
• Il est alors facile avec la droite reliant les mesures de déterminer le volume gazeux thoracique (VGT) piégé :

Lors de la fermeture de l’obturateur (plus aucun débit), on mesure le VGT à partir des droites dessinées par les variations de pression buccale (Pm) et pression cabine (Pbox) parfois représentée par le « shift volume » (∆V) car ces grandeurs sont physiquement liées et interchangeables. Dans l’exemple ci-dessus, le VGT est mesuré à 3,99 L.
• La loi de Boyle-Mariotte permet d’écrire une formule simplifiée de VGT : VGT = (ΔV/ΔPA).(Patm-PH2Osat). ΔPA = ΔPm et ΔV (shift volume) est déduit de ΔPbox. On peut donc écrire : VGT = (ΔV/ΔPm).(Patm-PH2Osat) ou VGT = (K.ΔPbox/ΔPm).(Patm-PH2Osat). K est un facteur correctif issu de l’étalonnage ΔV avec ΔPbox. Patm-PH2Osat est la pression atmosphérique « sèche ». Cette formule est une formule simplifiée pour le calcul de VGT. Les progrès de l’informatisation permettent d’utiliser la formule complète pour le calcul du VGT.
• Dans les cabines modernes, le patient respire plus paisiblement lors des mesures de VGT et le gonflement des joues induit pendant la fermeture de l’obturateur est atténué : plaquer les mains sur ses joues devient donc inutile. Cela reste nécessaire avec les anciens modèles : le halètement induit souvent une augmentation du volume de la cavité buccale et une baisse de Pm, qui ne traduit alors plus exactement PA (Pm < PA).
• Les gaz intestinaux sont compressibles et donc comptés avec le VGT. Ils sont estimés à 100-300 ml. Leur intervention est minimisée si on halète à la CRF (et s’accentue quand on s’écarte de la CRF). Ils posent donc peu de problèmes surtout si les mesures sont faites loin des repas.

Comment lire les résultats de VGT et juger de la qualité d’exécution ?

• Il faut plusieurs mesures pour obtenir une valeur fiable. Les recommandations ATS/ERS proposent d’obtenir 3 mesures permettant l’obtention de trois valeurs se situant à 5 % de leur moyenne. Il faut parfois répéter la mesure 5 ou 6 fois pour obtenir ces 3 mesures identiques ; il s’écoule environ 10 secondes de latence entre chacune.

• La pente de la droite reliant la pression cabine (Pbox) parfois représenté par ΔV (shift volume) et la pression à la bouche (Pm) permet d’apprécier le VGT. Quelle que soit la formule de calcul, VGT est inversement proportionnel à la pente de la droite dessinée par Pm/Pbox. Plus la pente Pm/Pbox est raide, plus le VGT sera faible.

Deux mesures de VGT : la pente la plus douce correspond à un VGT de 3,99 L et la plus raide à un VGT de 2,98 L
• La qualité de la courbe Pm/Pbox peut être jugée visuellement. La relation reliant Pm/Pbox doit être une droite stricte, avec des pressions Pm allant de + 1kPa à – 1 kPa. L’observation par le pneumologue des courbes obtenues permet de guider le patient dans la fréquence et l’amplitude de sa respiration, en particulier avec les anciennes cabines nécessitant un halètement rapide.

Quels référentiels (CECA 1993 et GLI) utiliser pour la CRF ?

Les valeurs normales de CRF et des autres volumes étaient définies précédemment par les équations CECA-ECCS (version 1993) chez l’adulte de 18 à 70 ans et le plus souvent par les équations du référentiel Zapletal en dessous de 18 ans, valeurs de références calculées à partir d’un assez faible échantillon d’individus. Ces valeurs de références sont apparues pour certaines inadaptées.
Depuis 2012, le groupe Global Lung Initiative (ERS) a établi de nouvelles équations plus conformes à la réalité (mais beaucoup plus complexes), en tenant compte de l’origine ethnique (caucasien, afro-américain…) et élargies à une population allant de 3 à 95 ans. Elles ont été établies d’abord pour la spirométrie forcée, puis pour les paramètres de la diffusion du CO et depuis peu pour les volumes pulmonaires mesurés en pléthysmographie. Ces équations de références remplacent les équations CECA-ECCS de 1993.
Pour chaque paramètre mesuré, on définit la valeur moyenne (Z score à 0), et les limites inférieures et supérieures normales à +/- 1,64 écart-type (Z score à -1,64 et + 1,64). Il faut considérer comme normale une valeur comprise dans la fourchette Z score de – 1,64 à + 1,64.

Conclusion

La mesure de VGT – CRF à l’aide d’un pléthysmographe est riche d’enseignement sur la fonction respiratoire du patient.
Il est décrit une surestimation du VGT si la fréquence de « halètement » dépasse 1 Hz notamment chez les patients BPCO, mais les cabines modernes permettent une respiration lors de la mesure bien en dessous de 1 Hz, proche de la respiration spontanée, réduisant ce problème.
La mesure de VGT par la dilution de l’hélium sous-estime très clairement le VGT chez les patients BPCO ; la mesure de VGT par pléthysmographie reste donc la référence à ce jour.
Il faut s’attacher désormais à utiliser les références GLI, qui décrivent mieux la fonction respiratoire de la population que les références CECA-ECCS. Les logiciels des fabricants de cabine récente les intègrent.

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Repères Bibliographiques

1) Body plethysmography – principles and clinical use. C.P.Criéé et al. Respiratory Medecine (2011) 959-971.
2) Whole-body plethysmography. M.D. Goldman et Al. Lung Function Testing, ERS Monograph 31, 2005 (15-43).
3) Pulmonary Function Testing. Third Edition. J. Wanger. Jones & Barlett LEARNING. 2012. ISBN: 978-0-7636-81187.
4) Mahut B et al. Explorations fonctionnelles respiratoires de la capacité ventilatoire. EMC – Pneumologie 2013 ;10(4) :1-9 Article [6-000-A-71].
5) La pléthysmographie corporelle appliquée à l’étude de la fonction respiratoire : mieux comprendre pour mieux maîtriser. R. Barbier. OPA Pratique – juin 2022 (https://www.opa-pratique.com)..
6) Comparison of Plethysmographic and Helium Dilution Lung Volumes. Which Is Best for COPD? C.R. O’Donnell et al. Chest. 2010 May; 137(5): 1108–1115.
7) Lien vers les ressources GLI disponibles (bibliographie, calculateur…) :
https://www.ers-education.org/guidelines/global-lung-function-initiative