Méthodologie et Pratique de l`Exploration Fonctionnelle à l`eXercice

Recommandations
Méthodologie et Pratique de l’Exploration
Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
B. Aguilaniu1, R. Richard2, F. Costes3, F. Bart4, Y. Martinat5, B. Stach6, A. Denjean7
Préambule
Remerciements aux Pr. François Péronnet
(Université de Montréal, Canada) et au Pr. Jacques Mercier
(CHU Montpellier, France) pour leur relecture critique.
Mots-clés : Exercice • Évaluation • Pneumologie •
Test exercice • Méthodologie.
1 HYLAB,
2
Physiologie Clinique et Exercice, Grenoble, France.
Service de Physiologie et d’Explorations Fonctionnelles,
Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, Hôpital Civil, Strasbourg,
France.
3
Service de Physiologie Clinique et de L’Exercice, Hôpital Nord,
CHU de Saint Etienne, France.
4 Centre Hospitalier de Béthune, Béthune, France.
5
Centre P.A.R.O.T, Lyon, France.
6
Pneumologue, Valenciennes, France.
7 Service de Physiologie, Explorations Fonctionnelles,
Hôpital Robert Debré, Paris, France.
Correspondance : B. Aguilaniu
HYLAB, Physiologie Clinique et Exercice
45 avenue Marie Reynoard, F-38100 Grenoble.
[email protected]
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Doi : 10.1019/200720008
Le Conseil Scientifique de la SPLF nous a demandé de
réunir un groupe de travail pour élaborer un texte de référence en langue française sur les aspects théoriques et pratiques de la méthodologie des Explorations Fonctionnelles à
l’eXercice (EFX). La pneumologie est une spécialité médicale
qui appuie largement ses pratiques sur la physiopathologie et
les explorations fonctionnelles. Depuis une vingtaine d’année,
l’exploration du sommeil puis celle des réponses fonctionnelles au cours de l’exercice ont contribué au développement de
la spécialité. Il était donc légitime de fournir aux pneumologues un texte de recommandation pour encourager et guider
leur enthousiasme grandissant pour une approche physiologique intégrée des symptômes et des maladies pour les quelles
ils sont consultés.
Le groupe a été constitué de pneumologues et de physiologistes d’origine universitaire, hospitalière, ou libérale ayant
une expérience établie dans le domaine de l’exercice, chez
l’adulte ou chez l’enfant. Le groupe a travaillé de façon continue tout au long de l’année 2005 - 2006 avec plusieurs réunions et de très nombreux échanges électroniques,
Après avoir défini un plan très détaillé, le travail de
bibliographie et d’écriture a été réparti en fonction de l’expérience de chacun. Chaque chapitre a fait l’objet d’une lecture
critique en groupe, permettant de mieux préciser certains
points et de proposer un texte qui ne soit pas l’avis d’un seul
expert, mais qui reflète l’accord de tous en prenant en compte
les données de la littérature scientifique. Plusieurs réunions de
mise au point ont été nécessaires. La mise en forme finale et
l’homogénéité du texte complet ont ensuite été soigneusement
revues par deux membres du groupe. Une lecture critique collective de ce texte a finalement permis d’obtenir un consensus
sur le contenu et de s’accorder sur les contrastes qu’il fallait
donner à ce texte. Chaque membre a eu par la suite, le temps
de revoir l’intégralité du texte pour une ultime vérification.
Une fois finalisé ce texte a été confié à deux physiologistes
internationalement reconnus pour leur compétence scientifi© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S111
B. Aguilaniu et coll.
que dans le domaine de l’exercice. C’est cette version finale qui
a été soumise au conseil scientifique de la SPLF.
Les auteurs ont opté pour un texte long correspondant à
une monographie complète afin d’atteindre l’objectif d’être
facilement consulté par les utilisateurs (techniciens, stagiaires,
médecins…). Une version courte pourrait faire croire que l’on
peut aborder l’EFX à moindre coût. Les auteurs ont ainsi souhaité affirmer que l’on ne peut pas transiger avec la méthodologie rigoureuse de l’EFX au risque d’interprétations cliniques
erronées.
Ce texte est unique car il pioche dans des domaines de
connaissance très divers et parfois difficile à atteindre. Notam-
ment les développements physiologiques qui servent de rationnel à la pratique résultent d’une synthèse, admise par tous les
auteurs, et de plusieurs points de vue. Autant dire que les discussions ont mis en évidence des divergences de formation ou
d’école mais la bonne volonté et la raison de chacun a permis
de retenir ce qui a paru robuste et utile. Nous pensons avoir
respecté la demande de la SPLF de fournir un guide de référence pour soutenir la pratique de ceux qui font ou veulent
faire des EFX. Nous espérons que ce texte facilitera l’appétit
des jeunes en formation (et celle des seniors) pour la physiopathologie intégrée et qu’il sera consulté par ceux qui défendent
la pratique de la pneumologie auprès des autorités.
Liste des Abréviations
AIE
Asthme Induit par l’Exercice
ATP
Assistant Technicien en Pneumologie
BAV
Bloc Auriculo-Ventriculaire
BIE
Bronchospasme Induit par l’Exercice
BPCO
Broncho Pneumopathie Chronique Obstructive
BTPS
CI
“Body Temperature Pressure Saturated”
L.
CO2
Dioxyde de carbone
CV
L
D(a-v)O2
mlO2.ml-1.ml sang
ECG
“End Expiratory Lung Volume”, volume pulmonaire de fin d’expiration
Exploration Fonctionnelle à l’eXercice
L.
EVA
“End Inspiratory Lung Volume”, volume pulmonaire de fin d’inspiration
Echelle Visuelle Analogique
FACO2
%
Fraction de CO2 dans l’air alvéolaire
FC
Batt.min-1
Fréquence Cardiaque
FCmax
Batt.min-1
Fréquence Cardiaque Maximale
FECO2
%
Fraction expiratoire en CO2
FEN2
%
Fraction expiratoire en N2
FEO2
%
Fraction expiratoire en O2
FICO2
%
Fraction inspiratoire en CO2
FIN2
%
Fraction inspiratoire en N2
FIO2
%
Fraction inspiratoire en O2
FMT
Batt.min-1
Fréquence cardiaque Maximale Théorique
FR
Cycle.min-1
Fréquence Respiratoire
GDS
Gaz Du Sang
HRB
Hyper Réactivité Bronchique
HTAP
Hyper Tension Artérielle Pulmonaire
METs
“Metabolic equivalent of the task” 1 MET représente la valeur du métabolisme basal
N2
Azote
O2
2S112
Différence artério-veineuse en oxygène
Electrocardiogramme d’Effort
L
EFX
EILV
Capacité Vitale
Electrocardiogramme
EE
EELV
Capacité Inspiratoire
Oxygène
P(A-a)O2
mmHg
Gradient de Pression Alvéolo-artérielle en Oxygène
PA
mmHg
Pression Artérielle
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
PaCO2
mmHg
Pression du sang artériel en CO2
PAD
mmHg
Pression Artérielle Diastolique
PaO2
mmHg
Pression du sang artériel en O2
PAO2
mmHg
Pression Alvéolaire en O2
PAiO2
mmHg
Pression Alvéolaire idéale en O2
PAS
mmHg
Pression Artérielle Systolique
PB
mmHg
Pression Barométrique
PETCO2
mmHg
“End tidal CO2 pressure”, Pression partielle de fin d’expiration en CO2
PETO2
mmHg
“End tidal O2 pressure”, Pression partielle de fin d’expiration en O2
PMA
Watt
Puissance Maximale Aérobie
Pmax
Watt
Puissance maximale développée
Qc
L.min-1
Débit cardiaque
QR
Quotient Respiratoire, rapport VCO2/VO2 dans les tissus
RER
“Respiratory exchange ratio”, quotient d’échanges gazeux respiratoires
RV
%
Réserve Ventilatoire
SaO2
%
Saturation du sang artériel en O2
SpO2
%
STPD
Saturation percutanée en O2
“Standard, Temperature, Pressure, Dry”
SV
Seuil Ventilatoire
TM6
Test de Marche de 6 minutes
TPSV
Troubles Paroxystiques Supra Ventriculaires
TV
Tachycardie Ventriculaire
VA
L.
Volume Alvéolaire
VCO2
L.CO2.min-1
Débit de CO2 produit
Vd
L
Volume de l’espace mort
VE
L.min-1
Ventilation Externe : employé pour Débit ventilatoire expiré
VE/VCO2
Équivalent respiratoire pour le CO2
VE/VO2
Équivalent respiratoire pour l’O2
VEmax
L.min-1
Débit ventilatoire Externe maximal
VEMS
L
Volume Expiratoire Maximal Seconde
VES
Ml
Volume d’Ejection Systolique
VI
L.min-1
Débit Ventilatoire Inspiré
VMV
L.min-1
Ventilation Maximale Volontaire
VN2 in
L.min-1
Débit d’azote entrant dans le poumon
VN2 out
L.min-1
Débit d’azote sortant du poumon
VO2
LO2.min-1
Débit d’oxygène consommé appelé communément Consommation d’O2
VO2MAX
LO2.min-1
Débit maximal d’oxygène consommé ou Consommation maximale d’O2
VO2 pic
L.
Valeur de VO2 mesurée à l’exercice maximal
VRI
L.
Volume de Réserve Inspiratoire
VT
L.
Volume courant : «Tidal Volume »
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2S113
Méthodologie et Pratique de l’Exploration
Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Introduction
L’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX) est un
test diagnostique global qui intègre des grandeurs cardio-respiratoires et métaboliques et permet de mieux évaluer les
pathologies chroniques, les thérapeutiques, et d’observer les
modifications fonctionnelles associées aux symptômes persistants [1-4]. L’exercice est une situation de contrainte complexe qui met en jeu simultanément des adaptations
musculaires, hémodynamiques, respiratoires et métaboliques
[5]. Dans cette condition, l’analyse des réponses fonctionnelles est nécessairement intégrée, amenant le spécialiste à aborder la physiopathologie dans son ensemble, et non pas
uniquement dans le domaine de sa propre spécialité. De plus,
l’EFX est la seule exploration fonctionnelle intégrée qui permet de juger des relations entre les symptômes et les réponses
fonctionnelles.
Ainsi l’EFX réalisée par le pneumologue, est une investigation fondamentalement différente de l’épreuve d’effort cardiologique (EE) dont le but essentiel est la détection de
l’ischémie coronarienne ou de troubles rythmiques. Dans un
cas, il s’agit de réaliser un effort suffisamment violent (généralement un incrément de 30-50 watts toutes les trois minutes)
pour démasquer une ischémie latente, dans l’autre, il s’agit
d’un exercice dynamique progressif ou en état stable prolongé
pour observer des adaptations fonctionnelles et les rapporter
aux symptômes ressentis par le patient. La méthodologie de
l’EFX ne doit donc pas être univoque face à des questions cliniques variées. La sophistication actuelle des appareils de
mesure (ergo spiromètres), qui permet de mesurer dans le
même temps les échanges gazeux pulmonaires, différents
aspects de la réponse ventilatoire et l’électrocardiogramme
12 dérivations, ne doit pas occulter la nécessité d’une méthodologie adaptée à la question clinique et à la stratégie diagnostique. Pour N.L. Jones [2], l’exercice incrémental maximal
sans détermination des gaz du sang correspond au premier
stade de complexité de l’EFX, les deux suivants incluant en
plus l’étude de l’hématose et enfin la mesure du débit cardia2S114
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
que par « rebreathing » de CO2. Dans ce document, il nous a
paru nécessaire de discuter les indications et la méthode de
l’EFX à puissance progressivement croissante, de l’EFX à
puissance constante, moins utilisée mais plus adaptée à
l’exploration de certaines questions cliniques, des spécificités
de l’EFX de l’enfant, et du cas particulier de la recherche de
l’asthme induit par l’exercice.
Quelles que soient les modalités de l’EFX, une attention
particulière doit être portée à l’évaluation des symptômes
dans ces conditions standardisées afin de compléter le jugement clinique lorsqu’il s’agit de conclure au bénéfice ou à
l’inefficacité d’une intervention thérapeutique. L’interprétation correcte des résultats est donc conditionnée par le respect
rigoureux d’une méthodologie technique et clinique qui
dépend de la question médicale et donc de l’indication.
Le plan de ce texte suivra chronologiquement les étapes
de la réalisation de l’EFX. Les auteurs ont souhaité développer
le rationnel théorique de chaque aspect pratique dans le texte
ou dans les annexes. Ce texte est donc une présentation pragmatique des questions quotidiennes liée à la pratique de
l’EFX et ne constitue en aucune façon une description
exhaustive de la méthodologie de l’exploration fonctionnelle.
Le lecteur doit considérer cette argumentation comme la partie émergente de la connaissance théorique et de l’expérience
clinique nécessaire pour la réalisation satisfaisante d’une EFX.
Ce texte a aussi pour but de signifier aux cliniciens qui souhaitent évaluer rationnellement les symptômes et la physiopathologie de prendre la mesure des exigences scientifiques et
cliniques liées à cette légitime ambition. Les auteurs espèrent
que ce texte répondra aux questions des techniciens d’exploration fonctionnelle et aux cliniciens intéressés par la physiopathologie de l’exercice.
Les indications [2, 6]
L’EFX doit être précédée par une exploration fonctionnelle minimale de repos adaptée à la situation clinique
comme l’ECG (ou échographie cardiaque), la spirométrie
(éventuellement pléthysmographie, diffusion pulmonaire), et
le dosage de l’hémoglobine. L’EFX a de nombreuses indications qui peuvent, d’un point de vue clinique, être classées en
deux catégories : soit l’exploration diagnostique d’un symptôme, soit l’évaluation fonctionnelle d’une pathologie connue
ou d’une situation clinique (tableau I). Les symptômes sont
parfois isolés, mais ils peuvent aussi être associés à une pathologie prédominante ou à des pathologies intriquées. Lorsque
le symptôme est isolé, il s’agit de déceler une pathologie non
reconnue par les explorations de repos, ou de rapporter le
symptôme à un comportement fonctionnel inadapté (Ex :
Hyperventilation ou réponse cardio-vasculaire inappropriées).
Parmi les symptômes explorés, la dyspnée représente dans
notre expérience, environ 60 % des indications. L’intolérance
à l’effort (myalgies, fatigue) représente environ 20 % des indications, les autres symptômes étant les oppressions thoraciques, l’inaptitude, ou des malaises divers.
Tableau I.
Indications de l’EFX. Commentaires dans le texte.
Symptôme
Évaluation Fonctionnelle
Pathologie prédominante
Pathologie
prédominante
Pathologies
Intriquées
• Cardiologie • Pneumologie • Rénale
• Métabolique • Neuro-musculaire
• Hémato-cancérologique • …
Pathologie Intriquée
Suivi Évolutif
Facteur de Risque
Pré-opératoire
Aptitude
Évaluation Thérapeutique
Isolé
• Dyspnée
• Fatigue
• Fatigabilité
• Myalgies
• Douleurs Thoraciques
• Autres…
Lorsqu’une pathologie (ou plusieurs) est connue, la
question est de savoir si le symptôme (dyspnée par exemple)
est compatible avec la (ou les) pathologie (s) identifiée (s) ;
par exemple, évaluer le retentissement fonctionnel et le pronostic de l’insuffisance cardiaque, apprécier la gravité ou
l’évolutivité d’une BPCO ou d’une fibrose interstitielle, d’une
valvulopathie, ou d’une myopathie, etc. L’EFX est aussi indiquée pour juger d’une inaptitude, ou de la prédiction du risque opératoire d’une chirurgie de résection pulmonaire. Enfin
elle est utile pour évaluer objectivement une thérapeutique
médicamenteuse ou un programme de réadaptation. À titre
indicatif, les pathologies explorées par un laboratoire de physiopathologie (ville de 500 000 habitants, 800 à 1 000 EFX
par an) sont cardiologiques (30 %), broncho-pulmonaires
(40 %), cancéro-hématologiques (15 %), musculaires (7 %),
endocriniennes ou rénales (4 %), vasculaires (2 %) et autres
(2 %).
Contre-indications absolues
et indications à risques (tableau II)
Les contre-indications représentent des situations cliniques où le risque n’est pas maîtrisable et/ou l’EFX n’a pas
d’intérêt. Les indications à risque regroupent des situations
cliniques où l’EFX a un apport diagnostique validé mais où le
risque de survenue d’événements indésirables graves existe.
Dans ce cas, le rapport-bénéfice risque doit être soigneusement évalué.
Les risques de l’EFX n’ont jamais été spécifiquement
évalués contrairement aux risques liés à l’épreuve d’effort
d’une population cardiologique. Dans l’étude récente du
Veterans Affairs Health System l’analyse de 75 828 tests
d’effort d’une population cardiologique retrouve 1,2 évènement pour 10 000 tests (infarctus du myocarde, tachycardie
ventriculaire) sans aucun décès [7]. Une incidence de 2 décès
pour 100 000 tests a été rapportée dans une population d’un
million de sujets regroupant des sportifs et des patients pré© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
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B. Aguilaniu et coll.
sentant une maladie chronique. Dans cette cohorte, aucun
décès n’a été dénombré chez les sujets sains et les sportifs qui
développaient des puissances très élevées [8-10]. Comme
attendus, la plupart des incidents recensés survenaient chez les
patients cardiologiques. Au vue de la littérature (voir dans [6])
et de l’expérience des auteurs qui ont collectivement réalisé un
minimum de 100 000 EFX correspondant aux indications du
tableau I, sans aucun évènement grave, on peut considérer
que l’EFX est un test qui ne présente pas de risque significatif
lorsque la méthodologie et les contre indications énumérées ci
dessous sont respectées (tableau II).
Tableau II.
Contre-indications absolues et indications à risques de l’EFX incrémentale.
Contre-Indications Absolues
Indications à Risques
1. Angor instable
1. Sténose connue du tronc
coronaire
2. Infarctus du myocarde récent
(< 5 jours)
2. Valvulopathie sténosante
modérée
3. Rétrécissement aortique serré
symptomatique
3. Tachyarythmie ou
brady -arythmie
non contrôlée par
le traitement
4. Arythmies symptomatiques
non contrôlées
4. BAV de haut degré
5. Endocardite, myocardite,
péricardites aiguës
5. HTAP modérée à sévère
6. Embolie pulmonaire aigue
6. Insuffisance rénale
chronique avec désordres
électrolytiques et anémie
Hb < 10 g.100 ml-1
7. Insuffisance cardiaque instable
non contrôlée
8. Thrombose veineuse aigue
des membres inférieurs
9. Suspicion de dissection aortique
10. Œdème pulmonaire
11. Asthme instable
12. Hypoxémie de repos avec
SpO2< 85 % en air ambiant
13. Insuffisance respiratoire aigue
14. Toute affection
non-cardiovasculaire risquant
de compromettre la performance
ou aggravée par l’exercice
(ex : thyréotoxicose, infection aigue)
15. Incapacité mentale ou physique
à réaliser l’examen
* le test peut être alors réalisé sous oxygène
Qualification du personnel [6]
Une EFX doit toujours être réalisée sous la responsabilité
et les directives d’un médecin, de préférence pneumologue ou
cardiologue, formé aux gestes d’urgence cardio-respiratoire.
2S116
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
La répartition des tâches avec un assistant technicien en pneumologie (ATP) permet d’optimiser la réalisation de l’examen
et sa fiabilité.
Le médecin doit avoir une connaissance particulière en
physiologie de l’exercice et être entraîné à l’interprétation des
résultats de l’EFX en pathologie. Il doit aussi connaître les
procédures de calibration, et les critères de qualité de toutes
les mesures réalisées. Le rôle du médecin est de vérifier avant
le début de l’examen l’indication et la capacité du patient à
réaliser l’examen qui a été programmé. Il décide du protocole
et assure les conditions de sécurité de l’épreuve. Si le médecin
est aidé par un ATP, il doit rester à proximité immédiate de la
salle d’examen pour intervenir rapidement et juger d’un événement clinique particulier. Sa présence à l’acmé de l’effort
est indispensable pour détecter des éléments cliniques pertinents éventuels. L’assistant technique ou à défaut le médecin
doit assurer les contrôles techniques indispensables avant chaque examen pour obtenir des mesures fiables. Il/Elle doit
aussi conduire l’examen de façon très standardisée pour obtenir du sujet un effort réellement maximal et assurer la fiabilité
et la reproductibilité des réponses fonctionnelles et psychométriques fortement influencées par l’environnement. La répartition des rôles entre médecin et ATP sera décidée en tenant
compte du niveau d’habileté et de qualification pour les différentes tâches techniques de l’examen et en fonction du
patient et de la pathologie à explorer. En France, la plupart
des pneumologues libéraux ne font pas appel à une assistance
technique pour réaliser les EFX ou les EFR. À l’inverse, les
médecins hospitaliers délèguent généralement cette tâche à
des personnels ayant acquis une compétence réelle mais informelle. Rappelons cependant que les délégations de compétences pour les actes médicaux d’explorations fonctionnelles ne
concernent pas encore l’EFR ou l’EFX. Il serait souhaitable,
compte tenu de l’évolution attendue de la démographie médicale et de la complexité croissante des aspects techniques des
actes diagnostiques que cette situation évolue d’autant que les
médecins eux-mêmes n’ont, le plus souvent, jamais reçu de
formation technique spécifique à l’EFR et particulièrement à
l’EFX. Pour pallier cette carence, les sociétés de Pneumologie
et de Physiologie ont déposé en 2004 un projet de formation
d’un métier d’Assistant Technique en Pneumologie (ATP).
Malgré l’absence de réglementation, il existe néanmoins une
formation pour la lecture de l’ECG d’effort réservée aux infirmières détachées à la réalisation des épreuves d’effort strictement cardiologiques (Université de Bordeaux et de Dijon), un
cycle de formation sur la Physiologie de l’exercice & Interprétation Clinique (Hylab - Grenoble) et un Diplôme Inter Universitaire Exercice & Réhabilitation (Paris - Strasbourg Montpellier).
Par contre, les recommandations internationales sur les
compétences et les qualifications nécessaires pour réaliser et
interpréter des EFX concernent distinctement l’assistant technique et le médecin responsable de l’examen. Ces recommandations sont régulièrement mises à jour et consultables sur le
site de l’American College of Sport Medecine [8].
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Le local
Il doit être spacieux, correctement ventilé afin d’assurer
un confort optimal au patient et une circulation correcte du
personnel, et idéalement équipé d’une climatisation. Une toise
et une balance pour le recueil des données anthropométriques
sont indispensables. La température de la pièce doit se situer
entre 18 et 22 °C tout au long de l’année. Un baromètre permettant la mesure de la pression atmosphérique est nécessaire.
Un téléphone doit être disponible dans la salle pour alerter une
équipe d’urgence en cas de problème. Un matériel de soins
d’urgence doit être facilement accessible pour assurer les premiers gestes de réanimation. Ce chariot de premier secours,
régulièrement contrôlé, doit comprendre : un système pour
administrer une oxygénothérapie éventuellement avec un masque de ventilation, un matériel d’intubation adapté à l’âge de
la population testée (cf. Chapitre enfant) avec une prise de vide
pour aspiration et un ballonnet pour assurer une ventilation
manuelle dans les meilleures conditions. Le défibrillateur cardiaque régulièrement testé, doit être sur place et la procédure
d’entretien du chariot d’urgence régulièrement validée. La procédure de transfert du patient vers un service de réanimation
du centre ou vers une structure mobile de réanimation en vue
de rejoindre un établissement proche doit être écrite et disponible sur le lieu de la réalisation de l’EFX.
L’EFX à puissance progressivement
croissante
La réalisation d’une EFX incrémentale comprend
5 phases : L’information et la participation du patient, la préparation du patient, l’étalonnage, l’exercice incrémental et la
préparation des résultats.
Information et participation du patient
Consentement informé
Le consentement signé certifie que le patient a été
informé des objectifs de l’EFX, de son déroulement, des buts
attendus et des risques potentiels de l’examen. Ce consentement est un préalable indispensable à la réalisation de
l’épreuve (annexe 1).
Participation du patient
La mise en condition du patient doit être codifiée. Elle
relève d’une méthodologie précise adaptée à chaque laboratoire. Fréquemment le clinicien est confronté à des réactions
déclenchées par l’examen dont le patient est l’acteur principal.
Si on considère ce test comme une mise en scène où s’exerce
une contrainte pour juger d’une aptitude, on comprend que
l’impact psychologique puisse être d’une autre nature que
celui de l’électrocardiogramme d’effort où se juge un risque.
Dans une perspective plus clinique que fonctionnaliste, il est
nécessaire de souligner l’importance de la présentation de
l’EFX car elle conditionne en grande partie la façon dont les
résultats seront compris par le patient. Ceci justifie le plus
souvent une consultation avant l’EFX pour préciser le déroulement, les buts attendus de l’examen et les conclusions éventuelles. La pratique confirme en effet qu’il s’agit bien d’un
« petit drame » particulier et inhabituel car la consultation qui
suit l’examen révèle parfois au médecin (et au patient) l’aspect
névrotique de certains symptômes.
Préparation du patient
Le patient doit avoir une tenue adéquate à la réalisation
de l’épreuve (chaussures, short ou pantalon), respecter un
intervalle de 2 heures après le repas et ne pas avoir fumé avant
l’examen.
Anthropométrie
Le patient sera mesuré et pesé et la mesure de VO2 sera
exprimée en LO2.min-1 et en LO2.min-1.kg-1. Cette précaution permettra de confronter les résultats aux normes disponibles de la littérature et aussi d’interpréter dans le temps les
variations de VO2 d’un sujet dont la masse corporelle aurait
changé significativement.
Installation du patient sur l’ergocycle
Pour réaliser un exercice maximal, le patient doit être
confortablement assis avec une hauteur de selle suffisante
pour que l’extension maximale du membre inférieur en bas de
course corresponde à une flexion du genou d’environ 15°. Le
guidon doit être aussi réglé à une distance confortable, les
cale-pieds doivent tenir correctement l’avant-pied.
Installation du patient sur le tapis roulant
On s’assurera que le patient est capable de réaliser une
marche coordonnée sans soutien. La procédure d’arrêt rapide
du déroulement du tapis doit être démontrée et assimilée.
L’environnement doit être sécurisé notamment à l’arrière du
tapis.
Explication des échelles de symptômes
Lors de l’épreuve, on demandera au patient de renseigner l’opérateur sur l’évolution de sa dyspnée et de la fatigue
musculaire (Échelle de Borg ou Échelle visuelle analogique).
La méthode choisie sera expliquée au patient, avant le début
de l’exercice, en prenant le soin de réaliser un « étalonnage
interne » de la perception du patient qui doit connaître la
signification des bornes minimale et maximale de l’échelle.
Pour l’échelle de Borg, le niveau 0 correspond à « aucun
essoufflement », le niveau 10 à « l’essoufflement maximal
jamais ressenti ». Il n’y a pas lieu de commenter un niveau
intermédiaire, mais il faut montrer que certains chiffres ne
sont pas accompagnés par des mots, et que le patient peut
indiquer avec le doigt un niveau d’essoufflement entre deux
chiffres ou entre deux mots. De nombreux travaux ont montré que la perception subjective de la dyspnée et de la fatigue
musculaire ressenties au cours d’un test incrémental était
quantifiable, reproductible, et sensible au changement sous
l’effet d’une thérapeutique ou au contraire de l’aggravation de
la maladie [11-14].
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S117
B. Aguilaniu et coll.
L’échelle de BORG (fig. 1) comporte 10 niveaux de perception subjective de l’intensité du symptôme (dyspnée ou
fatigue) cotés de 0 à 10 (voir l’échelle). Le technicien demandera au patient, à intervalles réguliers tout au long de
l’épreuve d’effort, d’indiquer avec le doigt « quelle est l’importance de votre essoufflement (de votre fatigue musculaire) ? »
L’ÉCHELLE VISUELLE ANALOGIQUE (EVA) se présente
sous la forme d’une réglette à deux faces orientées de gauche à
droite sur laquelle se déplace un curseur. Une face recto est
destinée au patient : À l’extrémité gauche est noté « pas de
dyspnée ». À l’extrémité droite est noté « dyspnée maximale ».
Une face verso est destinée au technicien pour mesurer
l’intensité de la dyspnée graduée de 0 à 10. Le score d’EVA est
visualisé par le trait du curseur que le patient a positionné.
Une spirométrie complète avec mesure de la capacité
vitale maximale (en général la CV lente) et des débits maximaux inspiratoires et expiratoires (courbe débit volume)
seront réalisés avant le démarrage de l’épreuve.
La méthode de prélèvement sanguin pour mesurer de
façon répétée les GDS au cours de l’exercice doit être choisie
par le médecin en fonction du patient exploré et des techniques disponibles. Un prélèvement sera réalisé systématiquement lors de l’exercice à la fin du palier d’échauffement, puis
un second à l’exercice maximal.
D’autres prélèvements intermédiaires sont souvent souhaitables en fonction de la situation clinique. Le prélèvement
sera réalisé soit par des ponctions itératives de l’artère radiale,
soit par prélèvements de sang capillaire au lobe de l’oreille,
soit enfin après la mise en place d’ un cathéter artériel radial.
La ponction artérielle est la technique de référence pour
la gazométrie de repos. C’est la seule technique autorisée par la
nomenclature récente (CCAM version 2). Cependant elle est
difficile à répéter au cours de l’exercice avec un taux d’échec de
la deuxième ponction de 17 % dans notre expérience [15].
Elle est irréalisable chez certains patients au capital artériel fragile ou inaccessible et quasiment impossible sur tapis roulant
ou chez l’enfant. Enfin elle est parfois responsable de malaise
vagal voire de perte de connaissance chez les sujets jeunes ou
sensibles.
Les prélèvements capillaires sont largement utilisés au
cours de l’exercice malgré une sous -estimation quasi systématique de la valeur de PaO2 d’environ 4 mmHg. Cette
sous-estimation est systématiquement inférieure à 5 mmHg
pour des valeurs de PaO2 artérielles < 80-85 mmHg. Pour des
valeurs de PaO2 élevées, l’erreur est variable, non prévisible et
peut être supérieure à 10 mmHg. Néanmoins la répercussion
de cette erreur sur le calcul du gradient alvéolo-artériel en
oxygène et sur le calcul de VD/VT n’affecte pas significativement l’interprétation de la (a)normalité de l’espace mort ou
de la diffusion pulmonaire de l’oxygène au cours de l’exercice
[15, 16] Les valeurs capillaires de PaCO2 et de pH sont par
contre strictement superposables aux valeurs obtenues par
prélèvements artériels quelle que soit la valeur absolue des
deux variables [15, 17].
ECG et pression artérielle de repos
Étude de l’hématose au cours de l’exercice
Un ECG est enregistré au repos, avant le démarrage de
l’épreuve. La qualité de l’ECG en cours d’exercice doit être suffisante pour permettre de rejeter les artefacts liés aux mouvements et repérer les modifications de l’ECG rapportées dans le
tableau VII. Un enregistrement continu multipistes (12 dérivations) est optimal pour le diagnostic d’une ischémie myocardique au cours de l’exercice car il permet un moyennage des
complexes QRS avec une analyse automatique et un lissage du
segment ST. Toutefois pour certaines épreuves d’exercice,
notamment l’évaluation initiale d’une réhabilitation respiratoire chez un sujet porteur de BPCO sans point d’appel cardiologique, un enregistrement trois pistes est suffisant pour
surveiller le rythme cardiaque et dépister une ischémie.
La mesure répétée de la pression artérielle par méthode
manuelle est habituellement plus fiable que la mesure automatique.
La dégradation de l’hématose au cours de l’exercice n’est
pas systématiquement détectée par la simple mesure des gaz du
sang artériel. En effet, l’hyperventilation et l’augmentation de
PAO2 peuvent conduire à une sous estimation d’un trouble
diffusionnel et à ignorer ainsi une pathologie sur le versant ventilatoire, circulatoire ou interstitiel. Il faut donc nécessairement
mesurer le gradient alvéolo-artériel en oxygène et son évolution
jusqu’à l’exercice maximal. De même, la mesure répétée de
l’espace mort peut permettre de détecter une atteinte vasculaire
pulmonaire. Le calcul de P(Ai - a)O2 et de VD/VT implique
de faire coïncider les valeurs de PaO2 et de PaCO2 avec les
valeurs moyennées pendant le temps du prélèvement des grandeurs obtenues par l’ergospiromètrie (RER, PEmixCO2, VT)
(cf. V. Détermination des grandeurs). Pour obtenir des valeurs
fiables et reproductibles, il faut prélever le sang rapidement sans
déclencher d’hyperventilation ou de modification du mode
0
Nulle
0,5
Très, très léger à peine perceptible
1
Très léger
2
léger
3
Modéré
4
Peu sévère
5
Sévère
6
7
Très sévère
8
9
Très très sévère (presque maximale)
10
Maximale
Fig. 1.
Échelle de Borg applicable pour la dyspnée ou la fatigue musculaire.
Remarquez que la valeur 0 correspondant à l’absence de symptôme
est située en haut de l’échelle.
Spirométrie
2S118
Préparation pour la mesure répétée des gaz du sang
(GDS)
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
ventilatoire. Dans ces conditions, la reproductibilité de P(Ai a)O2 et de VD/VT est respectivement inférieure à 3-4 mmHg
et à 5 % [18]. La répétition des mesures permet aussi de
s’affranchir d’une erreur de mesure ponctuelle et ainsi d’éviter
une interprétation erronée. En pratique, il faut considérer que
l’étude de l’hématose au cours de l’exercice est une procédure
rigoureuse qui ne se résume pas à la simple mesure des gaz du
sang. Cet aspect de l’EFX nécessite un entraînement spécifique
pour obtenir des résultats interprétables. L’étude de l’hématose
au cours de l’exercice doit donc être réservé à des questions diagnostiques qui justifient d’explorer au mieux la diffusion de
l’oxygène au cours de l’exercice.
Embout buccal ou masque facial
Le recueil des gaz inspirés et expirés sera effectué au
moyen d’un embout buccal ou d’un masque facial. L’embout
buccal est parfois inconfortable, responsable de nausée et
d’assèchement de la bouche. L’espace mort est de 50 à 100 ml
selon les dispositifs. Le masque facial expose au risque d’une
étanchéité imparfaite à l’origine de fuites, mais il doit être préférentiellement utilisé lorsque le réflexe nauséeux lié à
l’embout buccal est incontrôlable. Par ailleurs il expose à un
risque de ré-inspiration susceptible de modifier les fractions
de gaz inspirées et particulièrement la FICO2. La bonne étanchéité doit être contrôlée avant le début de l’épreuve et tout
au long de l’exercice.
Les étalonnages
La fiabilité des grandeurs mesurées au cours de l’exercice
dépend des qualités (précision, reproductibilité) de l’ergomètre
(ergocycle, tapis roulant) et de l’ergospiromètre (analyseur des
gaz expirés, pneumotachographe). Les caractéristiques techniques des différents matériels ne seront pas développées dans
cette section. Le lecteur pourra se référer aux différents constructeurs et aux revues récentes sur ce sujet [6, 19]. L’objectif
de ce paragraphe est de décrire les phases d’étalonnage et les
aspects techniques de la mesure des échanges gazeux, préalable
incontournable à une analyse critique des grandeurs obtenues.
Ergomètres
Le cyclo-ergomètre est plus utilisé que le tapis roulant
car il est adapté à un plus grand nombre de situations cliniques et permet d’obtenir des mesures fiables (annexe 2). Les
mesures de VO2MAX réalisées sur tapis roulant sont généralement supérieures de 7 à 12 % à celles qui sont obtenues sur
cyclo-ergomètre chez le sujet sain [20-22] et les patients cardiaques [23, 24] mais, cette différence est moins évidente chez
les patients BPCO [25].
Tapis roulant
La marche à plat ne fournit aucun travail mécanique car
celui-ci dépend du déplacement de la masse contre la gravité
(pente). Pour calculer un travail mécanique et une puissance de
travail sur tapis, il faut donc effectuer un exercice avec une pente
(marche ou course) [26]. La dépense énergétique d’un exercice
sur tapis roulant, qui combine en général un déplacement à plat
puis en pente, correspond alors à la somme de l’énergie néces-
saire pour effectuer le travail mécanique et de l’énergie nécessaire pour le déplacement à plat. Le coût énergétique du
déplacement à plat (appelé « économie ») dépend du rendement mécanique de l’exercice qui ne peut pas être mesuré. La
valeur d’une économie de déplacement n’a de signification que
pour la vitesse à laquelle elle a été déterminée. Le coût métabolique à plat est variable selon l’aptitude motrice du sujet, de l’âge
(supérieur de 20 à 30 % chez l’enfant), et de la longueur de la
foulée. Ce coût métabolique est approximativement de
1 METS par km.h-1 soit 3,5 ml d’O2.kg-1 et par kilomètreheure. Plusieurs protocoles sur tapis sont utilisés en clinique cardiologique et proposent une estimation de VO2 à partir de
l’estimation du travail mécanique réalisé [27]. En pratique,
l’étalonnage d’un tapis roulant se résume à contrôler différentes
vitesses de déroulement ainsi que la pente. Chaque vitesse est
mesurée (de préférence avec un sujet en mouvement sur le tapis)
à l’aide d’un tachymètre (compteur de vitesse) posé sur la bande
de roulement. Ces mesures sont comparées aux vitesses souhaitées, affichées sur le tableau de commande du tapis.
Bicyclette ergométrique
La puissance mécanique sur cyclo-ergomètre dépend de la
résistance appliquée sur la roue (ou volant d’inertie), de son
diamètre et de la fréquence de pédalage. Le travail réalisé sur un
cyclo-ergomètre mécanique est égal au produit du développement du pédalier par la fréquence de pédalage et par la
résistance appliquée. Le cyclo-ergomètre électromagnétique
maintient la puissance souhaitée en modulant la résistance électromagnétique en fonction de la fréquence de pédalage. Quel
que soit le type de cyclo-ergomètre, le travail mécanique est
quantifiable (en Joules) et peut être directement comparé à la
dépense énergétique. Le travail mécanique fourni par le cycloergomètre doit être contrôlé régulièrement en condition statique et si possible dynamique. Le principe du contrôle statique
est de vérifier le capteur de force du frein à l’aide de masses connues. Les constructeurs ont généralement une fiche technique
associée au cyclo-ergomètre permettant facilement d’accéder à
cet étalonnage. Le contrôle dynamique mesure précisément les
puissances développées (et donc le travail fourni). Réalisé sur
un banc d’étalonnage (annexe 3), il permet de relever les caractéristiques complètes de la bicyclette ergométrique pour des
puissances allant de 0 à 1 000 watts et des vitesses de pédalage
de 10 à 130 t.min-1. Ce type d’étalonnage n’est pas réalisable
en routine et doit être confié au constructeur ou à un service
technique. Quel que soit le type de cyclo-ergomètre, les consignes de fréquence de pédalage proposées au sujet sont primordiales. Une fréquence de 60 ou 80 t.min-1 est imposée pour
les cyclo-ergomètres mécaniques avec résistance de freinage
sur le volant d’inertie (cyclo-ergomètre type Monark®). Pour
les cyclo-ergomètres électromagnétiques, il est recommandé
de rester entre 60 et 90 t.min-1. Deux spécificités concernent
les populations extrêmes que nous sommes amenés à évaluer :
1) Même lors du pédalage « à vide » (0 watt affiché), la
résistance du cyclo-ergomètre génère un travail mécanique
qui peut représenter une proportion significative de la puissance maximale des sujets les plus gravement atteints [28, 29]
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S119
B. Aguilaniu et coll.
De même, le travail mécanique interne lié à la mobilisation
des membres inférieurs peut correspondre à un coût métabolique d’environ deux fois le métabolisme de repos. Ces coûts
métaboliques (Inertie et travail interne) ne sont, par définition pas comptabilisés en termes de watts-sur l’affichage du
cyclo-ergomètre [30].
2) pour des raisons mécaniques, un cycliste de haut
niveau avec une masse corporelle légère (60-65 kg) ne pourra
développer une puissance élevée (supérieure à 400 watts)
qu’au prix d’une fréquence de pédalage supérieure à
90-110 t.min-1. Dans ce cas, il ne faut pas imposer la fréquence de pédalage.
L’ergospirométrie
L’ergospirometrie permet de mesurer simultanément des
débits de gaz et des fractions partielles en O2 et CO2. En pratique clinique, les ergospirométres mesurent ces signaux à
chaque cycle respiratoire pour les moyenner ensuite sur une
période déterminée (15 à 60 secondes). L’utilisation d’une
chambre de mélange fournit des mesures plus proches de la
méthode manuelle de référence utilisant les sacs de recueil des
gaz expirés (Sac de Douglas) (Annexe 4). La difficulté technique de la mesure « cycle à cycle » est liée à la synchronisation
des valeurs de débit et des valeurs de fractions partielles du gaz
expiré (cf. infra Les ergospiromètres mesurent des volumes
gazeux lors des phases expiratoires, et parfois également lors
des phases inspiratoires). Les grandeurs physiques qui influencent les volumes des gaz doivent être mesurées tous les jours et
dans la mesure du possible maintenues constantes, au moins
pendant la durée du test. Ce sont la température ambiante, la
pression barométrique et la saturation de l’air ambiant en
vapeur d’eau (annexe 5 a, b, c, d). Il faut donc une pièce aérée
avec une température stable au cours de l’année pour minimiser les variations des caractéristiques physiques de l’air de la
salle. Pour respecter la mesure des gaz en condition STPD, il
est impératif de présenter à l’analyseur un gaz déshydraté et
donc de changer avant chaque test le tube « permapur® » qui
assure le transport du gaz en absorbant la vapeur d’eau
(cf. paragraphe Mesures et Calculs).
Pneumotachographe
Le pneumotachographe est un débitmètre qui mesure la
vitesse instantanée des gaz respirés par le sujet à travers un conduit calibré. Il est important d’observer scrupuleusement le
montage mécanique et la procédure d’étalonnage préconisée
par le constructeur. Les capteurs usuels déterminent le débit
du gaz en fonction d’une mesure de pression différentielle
(Fleisch, Lilly, diaphragme, lamelle, Pitot, Venturi), du refroidissement d’un fil chaud (débitmètre de masse), d’une différence de temps de parcours des ultrasons ou d’une vitesse de
rotation d’un anémomètre (annexe 6) [31-34]. Chez l’homme,
la gamme de débit au cours de l’exercice se situe entre 0 et
15 L.s-1. L’utilisation d’un capteur unique nécessite une correction informatique de sa réponse. Cette procédure comporte
deux phases : une correction du bruit de fond du capteur
(offset), le plus souvent automatique (elle n’est pas nécessaire
2S120
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
pour les anémomètres) et une linéarisation des débits. À l’aide
d’une seringue étalon de 2 ou 3 litres, le technicien ajuste la
réponse du pneumotachographe au débit généré par la seringue. Il faut suivre la procédure préconisée par le constructeur,
en générant une gamme de débits lents (0,15 à 0,3 L.s-1) et
rapides (10 à 15 L.s-1).
Étalonnage des analyseurs
Pour étalonner un analyseur de gaz à réponse linéaire,
deux mélanges gazeux étalons sont nécessaires. Ils permettent
la construction d’une droite de référence à laquelle est
confronté l’échantillon de gaz afin de déterminer précisément les concentrations en O2 et en CO2 du prélèvement
analysé (annexe 7). Les concentrations de ces deux mélanges
sont choisies judicieusement : elles se situent au niveau des
concentrations maximale et minimum que l’on souhaite
mesurer. Pour des examens réalisés en normoxie, l’air ambiant
pur et sec est un gaz étalon de choix (20,93 % d’O2 et 0,03 %
de CO2). Puisque l’air ambiant est pris comme gaz étalon, on
comprend qu’il faut maintenir la pièce aérée afin de ne pas
abaisser la FIO2 surtout lorsque plusieurs tests sont réalisés
successivement. Le second mélange étalon est un gaz industriel composé de 16 % d’O2 et de 5 % de CO2 ce qui correspond aux concentrations expiratoires, une précision de 2 %
est alors suffisante. Pour des examens réalisés en hyperoxie, le
gaz étalon sera ajusté aux niveaux de FIO2 administrés.
Permapur®
Le gaz respiratoire contient de la vapeur d’eau dont la
concentration varie en fonction de la phase du cycle respiratoire. Il est nécessaire de prendre en compte les effets de cette
fluctuation lors de la mesure des concentrations de CO2 et
d’O2. Pour cela, on utilise un tube Permapur® pour transporter les gaz expirés jusqu’aux analyseurs. Constitué de nafion,
ce tube laisse diffuser la vapeur d’eau à travers sa paroi. L’équilibration des taux d’humidité des gaz qui l’entourent est instantanée et les gaz à la sortie du tube Permapur® ont le taux
d’humidité de l’air ambiant. Ce tube très fragile doit être
manipulé avec précaution. Il ne doit pas être pli é ni coudé, et
doit être changé après chaque épreuve. Toute altération de ce
tube (obstruction partielle) fausse la mesure des gaz par allongement du temps de transit du gaz et par une variation de la
pression dans le circuit de l’analyseur. Dans ce cas, les mesures
sont le plus souvent sous-estimées, l’erreur portant à la fois sur
l’analyse de l’O2 et du CO2. Les erreurs de mesure de VO2 et
VCO2 sont le plus souvent dues à des erreurs portant sur les
fractions expirées des gaz. Le tableau III illustre l’ampleur de
ces imprécisions sur le résultat final.
Pour réaliser un étalonnage correct, les opérations suivantes seront scrupuleusement respectées.
1) Introduire tous les jours, dans l’ergospiromètre les
données de pression barométrique, température ambiante et
saturation en vapeur d’eau. Les modifier dans la journée en
cas de forte variation climatique.
2) Avant chaque épreuve, changer le pneumotachographe et le tuyau Permapur®.
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Tableau III.
Exemple de l’influence sur la mesure de VO2et VCO2 d’une erreur de 1 % ou 5 % sur la mesure de fractions de gaz.
Simulations de calcul de VO2 et de VCO2 en fonction d’une sur ou sous estimation de 1 % et 5 % sur les fractions de gaz. Les valeurs exactes
prises en références ont été obtenues à partir de mesures réelles VE = 32 L.STPD.min-1, FIO2 = 0,2093 et FICO2 = 0.03.
Valeurs mesurées exactes
Sur estimation FEO2
Sur estimation FECO2
Sous estimation FEO2
Sous estimation FECO2
FEO2
%
FECO2
%
VO2
L.min-1
Erreur sur VO2
(%)
VCO2
L.min-1
Erreur sur VCO2
(%)
15,86
4,47
1,64
-
1,42
-
5%
16,65
4,47
1,32
19,6
1,42
0,0
1%
16,02
4,47
1,57
3,9
1,42
0,0
5%
15,86
4,69
1,62
1,1
1,49
-5,0
1%
15,86
4,51
1,64
0,2
1,44
-1,0
5%
15,07
4,47
1,96
-48,6
1,42
0,0
1%
15,70
4,47
1,70
-8,1
1,42
0,0
5%
15,86
4,25
1,66
-2,3
1,35
5,0
1%
15,86
4,43
1,64
-0,5
1,41
1,0
3) Étalonner le nouveau pneumotachographe à l’aide de
la seringue étal on pour des débits faibles et élevés.
4) Étalonner les analyseurs à l’aide des gaz étalons avant
tout nouvel examen.
Étalonnage de l’ensemble du système de mesure
(étalonnage interne)
L’étalonnage des ergomètres et de l’ergospiromètre est
indispensable. Une erreur dans la mesure peut être liée à un
mauvais réglage de l’un ou l’autre appareil qui peut échapper
au contrôle du technicien et du praticien. Deux procédures
simples seront régulièrement réalisées pour repérer ce risque.
Le sujet « étalon »
Le coût énergétique d’un exercice à puissance fixe
sous-maximale ne varie pas significativement chez un sujet
sain dont le niveau d’activité physique est stable [35]. Dans
ces conditions, ce sujet peut être utilisé comme « étalon »
pour vérifier la stabilité de la chaîne de mesure (ergomètre et
ergospiromètre). Idéalement, il faut réaliser la mesure de
VO2 au cours de 2 à 3 paliers d’une durée minimale de
4 minutes. Sur bicyclette ergométrique, le coût métabolique
d’une puissance de travail donnée étant sensiblement constant il est possible, à l’état stable, de calculer la consommation d’oxygène attendue [26]. Le calcul théorique de VO2
nécessite deux approximations. L’une concerne l’équivalent
énergétique de l’oxygène (coefficient thermique) qui varie
avec l’intensité de l’exercice. En pratique, la consommation
d’un litre d’oxygène correspond à la production de 20,4 kJ
au repos (QR ~ 0,82), et pour une intensité relative à 50 %
de la puissance maximale (QR ~ 0,90), à environ 20,7 kJ
[36]. L’autre approximation concerne le rendement mécanique qui correspond au rapport du travail mécanique effectué
sur la dépense métabolique, tous deux étant bien sûr exprimés dans la même unité (en général le Joule). Le rendement
mécanique global d’un sujet sain varie peu d’une valeur de
20 à 23 %. Dans les conditions décrites ci-dessus, le calcul de
VO2 est donc le suivant (annexe 9) :
• Pour une puissance mécanique imposée de 100 watts
(1 watt = 1 Joule.sec-1), compte tenu d’un rendement mécanique estimé à ~ 20 % la puissance métabolique développée,
est de ~ 500 watts.
• Le travail fourni est alors de 500 x 60 = 30 000 Joules
par minute (1 watt = 1 Joule.sec-1).
• Le VO2 lié à ce travail est de 30 000 Joules/
20,7 = 1 449 ml.min-1 soit un VO2 de 1,45 L.min auquel il
faut ajouter la dépense métabolique de repos estimée à
3,5 mlO2.min-1.kg-1.
• Ainsi pour un homme de 80 kg, le VO2 attendu pour
une puissance mécanique de 100 watts soutenue pendant
plusieurs minutes est d’environ 1,730 L.min-1.
La valeur attendue de VO2 au cours d’un exercice en
rampe est plus difficile à estimer compte tenu du décalage de
la puissance métabolique par rapport à l’incrément régulier de
la puissance mécanique. Ce décalage est variable selon l’efficacité du système de transport cardio-circulatoire et des voies
métaboliques. Pour un incrément de 10-15 watt.min-1, on
s’attend chez le sujet sain, à une pente de
10-11 ml O2.min.W-1. Ainsi pour une puissance de
100 watts, atteinte par des incréments réguliers chaque
minute, le VO2 attendu sera de (11 x 100) + (3,5 x 80) soit
1 380 ml.min-1.
Cahier de suivi des étalonnages
Comme pour toute mesure physiologique, il est indispensable d’assurer un suivi des étalonnages. Le plus souvent,
ces données sont conservées dans un fichier spécifique du
programme de l’ordinateur. La dérive des capteurs peut néanmoins être très progressive, et seule la comparaison avec des
valeurs antérieures permettra une analyse critique des mesures. Les analyseurs des gaz ont des durées de vies limitées et
leurs dysfonctionnements ne sont initialement visibles qu’au
niveau de la dérive des résultats. Enfin, certains ergospiromètres ajustent l’étalonnage sur les données d’étalonnages antérieurs. Il est donc indispensable d’accéder à ces données.
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2S121
B. Aguilaniu et coll.
Suivi de l’étalonnage interne
Régulièrement il faut mesurer dans les mêmes conditions
les principales grandeurs (VO2, VCO2, VE, FC) afin de détecter une dérive de l’ensemble de la chaîne de mesure. En pratique, on demande 3 fois par an à deux sujets de réaliser, dans les
mêmes conditions, un exercice à puissance constante (50, 100,
150 ou 200 watts). Le coefficient de variation attendue pour
ces grandeurs est respectivement de 6, 8, 7 et 4 % [2, 6]. Le
suivi longitudinal sur un graphique de ces variables permet de
s’assurer dans le temps de la fiabilité de la mesure (fig. 2).
PUISSANCE
CONSTANTE
REPOS
PUISSANCE
CROISSANTE
RÉCUPÉRATION
Puissance
(Watts)
Lactatémie
(mmol/L)
10
180
100%
144
80%
135
8
50%
90
30
17%
1
0
T0
Mesures
discontinues
P(Ai-a)0
3
16%
7
50%
10
80%
13
100%
15
Temps (mn)
2
P(a-Et)CO
2
Vd/vt
pH
Fig. 3.
Fig. 2.
L’enregistrement tous les 3 mois des principales grandeurs au cours
d’un exercice en état stable (ici VO2 et FC à 50 et 100 watts,
5 minutes) permet de repérer une dérive de la mesure (ici baisse de
VO2 à 100 watts). Pour harmoniser l’échelle, les valeurs de VO2
(L.min-1) et FC (batt.min-1) ont été respectivement multipliées et
divisées par un facteur 10.
L’exercice incrémental
Description
La figure 3 et le tableau VI illustre les différentes étapes
conseillées pour la réalisation d’un exercice incrémental
[4, 6, 37]. Après une période de repos, assis sur le cycloergomètre, le matériel de mesure de la ventilation et de la composition des gaz expirés en place, l’exercice débute par une phase
d’échauffement (pédalage à vide ou faible puissance (20 watts
par exemple) pendant 3 minutes. Puis la puissance de travail
est augmentée progressivement, par palier de puissance constante, afin d’atteindre une durée totale d’exercice inférieure à
15 minutes. L’incrément de la puissance peut varier de 5 à
30 watts par minute, selon l’aptitude du patient. Chez des
patients atteint de BPCO modérée à sévère, on choisit généralement des paliers de 10 watts.min-1, mais il a récemment été
montré que d’autres puissances d’incrément ne modifiaient
pas le résultat de VOpic, FCmax ou VEmax [21].
Un protocole de rampe peut être utilisé au lieu d’une
augmentation par palier, avec une augmentation similaire
2S122
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Schéma du déroulement d’une EFX incrémentale [1]. Après une
charge de trois minutes en état stable (ici 30 W), un incrément de
charge constante (ici 15 W) est imposé à intervalles constants (ici
toute les minutes). Les échanges gazeux et l’électrocardiogramme
sont enregistrés en continu du repos jusqu’au maximum de l’exercice, et en récupération (6 minutes). Les prélèvements artérialisés
(lactatémie, PaO2, PaCO2, pH, SaO2) sont réalisés en fin d’état stable, au maximum de l’exercice, et éventuellement pendant l’incrément et en récupération.
(Watts.min-1) mais progressive appliquée toutes les 1 ou
2 secondes Les 2 types de protocole permettent des mesures
similaires de VO2, VCO2 ou VE, mais la puissance maximale
tolérée est supérieure d’environ 5 % avec un incrément en
rampe [38, 39].
L’enregistrement des grandeurs cardiorespiratoires doit
être poursuivi après la fin de l’exercice. La récupération comprend une phase active de 3 minutes de pédalage à vide (ou à
faible puissance selon la puissance maximale atteinte) suivie
d’une phase passive d’au moins 5 minutes jusqu’au retour des
grandeurs circulatoires aux valeurs mesurées pendant la
période d’échauffement (FC et PA).
Sur tapis roulant, le déroulement du test est comparable.
L’augmentation de la puissance de travail est obtenue en augmentant la vitesse, la pente ou les deux. La littérature cardiologique nord-américaine propose différents protocoles
d’exercice validés (Bruce, Balke, Naughton, etc.) pour l’éléctrocardiogramme d’effort (annexe 8). Ces protocoles sont
souvent repris dans les programmations des ergospiromètres.
Le protocole de Balke est le plus adapté aux objectifs de l’EFX
compte tenu de sa simplicité: la vitesse est maintenue constante (environ 5 km.h-1) et seule la pente est augmentée de
1 à 2 % toutes les minutes [27, 40, 41].
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Critères de maximalité (tableau IV)
Quel que soit l’ergomètre, le patient est encouragé à poursuivre l’exercice jusqu’à la tolérance clinique maximale dans le
but d’atteindre une ou plusieurs limites physiologiques [4, 8,
42] Ainsi, on distingue des critères de maximalité cliniques et
fonctionnels [1]. Les limites fonctionnelles correspondent aux
valeurs maximales de la FC et de la ventilation externe estimées
à partir des valeurs maximales théoriques de la fréquence cardiaque (FMT = 210 - 0,65 âge) et de la capacité ventilatoire
maximale volontaire (VMV = VEMS x 40). Chez l’athlète,
l’absence d’augmentation de VO2 (∆VO2 < 150 ml.min-1)
alors que la puissance mécanique imposée augmente de
2 paliers est un critère fiable. Chez les patients, le RER et la lactatémie maximale dépassant respectivement 1,15 et 8 mmol.L-1
sont utilisés par certains investigateurs pour juger de la maximalité de l’effort qui vient d’être réalisé.
Néanmoins compte tenu de la variabilité importante des
valeurs maximales sus-citées, on ne tiendra pas compte au
cours de l’examen de ces grandeurs pour décider de l’arrêt de
l’exercice. Seule la tolérance clinique compte.
Les critères cliniques regroupent les symptômes d’intolérance à l’effort (dyspnée et fatigue musculaire) cotés par le
sujet grâce aux échelles visuelles. Ainsi un patient peut indiquer une tolérance médiocre de l’effort en cotant les symptômes au-delà de 8 sur l’échelle de Borg alors qu’aucune limite
physiologique n’est effectivement atteinte. Parfois, la diminution de la fréquence de pédalage (en dessous de 45 cycles par
minute) en dépit des encouragements est un bon indice de
l’incapacité du patient à soutenir la puissance mécanique
imposée. À l’inverse, l’arrêt de l’exercice peut survenir brutalement chez certains sujets sédentaires, alors que les réponses
cardiaques et respiratoires sont encore sous maximales. Cette
situation peut révéler un manque de motivation mais aussi la
crainte du sujet de ressentir les sensations liées à l’exercice
intense. Généralement les patients interrompent l’exercice en
raison de la dyspnée ou de la fatigue musculaire cotées « très
sévère » ou 7 sur l’échelle de Borg [11, 12].
Comme dit précédemment, l’investigateur doit conduire
l’examen jusqu’à la tolérance maximale en évaluant à intervalles réguliers les symptômes du sujet en dépassant éventuellement les critères théoriques de maximalité physiologiques.
Parallèlement, il doit surveiller attentivement la survenue des
critères cliniques d’arrêt résumés dans le tableau V [6]. Au
moindre doute, le test doit être interrompu. Le médecin seul
peut justifier la poursuite du test en présence de certains critères lorsqu’il juge que le sujet ne s’expose à aucun risque
significatif et que la poursuite de l’exercice peut contribuer à
préciser un diagnostic (tableau VI).
Les mesures continues
La ventilation externe (VE) est obtenue à partir de la
moyenne des débits ventilatoires instantanés. Au cours de
l’exercice incrémental en rampe, l’augmentation de VE est
initialement linéaire et parallèle à celle de VO2 (hyperpnée)
puis s’accroît plus rapidement que VO2 (hyperventilation)
déterminant une transition appelée seuil ventilatoire ou parfois SV1. Les facteurs de régulation de l’hyperpnée et de
l’hyperventilation sont nombreux, mais le contrôle de ces
ajustements n’est pas clairement défini. Pour cette raison, la
physiopathologie de l’hyperventilation au cours des maladies
respiratoires, cardiaques ou métaboliques, est le plus souvent
hypothétique et ne repose que sur la mise en évidence (ou la
corrélation avec) des facteurs susceptibles d’influencer la
réponse ventilatoire. Pour décrire cette cinétique et apprécier
Tableau V.
Critères d’arrêt d’une EFX incrémentale.
Symptômes ou constatations
cliniques
Tableau IV.
Critères de maximalité d’une EFX incrémentale.
Mesures
1. Douleur thoracique évocatrice
d’angor
1. Ischémie myocardique
sur l’ECG
2. Pâleur soudaine
2. Extrasystoles ventriculaires
menaçantes fréquentes
et polymorphes
I.
Plateau de VO2 malgré 2 incréments de la puissance
(sur 2 minutes habituellement)
II.
Fréquence Cardiaque Maximale Théorique (FMT)
atteinte (± 5 %)
3. Perte de coordination
3. Bloc Auriculo-Ventriculaire
du 2ème ou 3ème degré
III.
Puissance maximale théorique atteinte
4. Confusion mentale
4. Baisse de PA > 20 mm Hg
alors que la puissance
augmente
IV.
Limitation ventilatoire (ou VEmax mesurée proche
dépassant la valeur de VEmax théorique)
5. Signes d’insuffisance
respiratoire aiguë
5. PAS > 250 mm Hg
PAD > 120-130 mm Hg
V.
pH < 7,25-7,30
RER > 1,15
6. Signes de bas débit périphérique 6. Désaturation en O2 sévère
(pâleur, froideur des extrémités,
avec SpO2 < 80 %
confusion, cyanose)
accompagnée de signes
cliniques
Intolérance clinique du patient
7. Demande insistante
et pressante du patient
VI.
VII.
*à utiliser avec prudence compte tenu du manque de fiabilité
des normes et uniquement chez un sujet sédentaire non entraîné
*si la réponse ventilatoire augmente harmonieusement et n’est pas
anarchique
*score de 9 ou 10 sur échelle de Borg
7. Surveillance insatisfaisante
de l’ECG
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2S123
B. Aguilaniu et coll.
Tableau VI.
Liste de vérification des étapes préalables à l’EFX incrémentale
(correspondant aux Phases I et II du texte).
Le patient
1. Vérifier l’indication de l’EFX
2. Vérifier l’absence de contre-indication (interrogatoire,
examen clinique)
3. Informer sur le déroulement de l’épreuve et les buts attendus
4. Recueillir le consentement informé signé
5. Vérifier que la tenue soit adaptée à la réalisation de l’exercice
6. Contrôler les mesures anthropométriques (poids, taille)
7. Déterminer le protocole de l’épreuve (interrogatoire
sur le niveau d’activité physique)
8. Saisie informatique des informations sur le patient
Préparation technique
9. Préparer le système de mesure (changement de Permapur,
embout, masque)
10. Calibrer les volumes et les débits ventilatoires
11. Calibrer les analyseurs de gaz
12 Régler la hauteur de selle et du guidon, la position
des cale-pieds
13. Préparer le lieu de prélèvement sanguin :
 appliquer une pommade chauffante au niveau du lobe
de l’oreille, et mettre une compresse protectrice pour un
prélèvement capillaire.
®
 appliquer (1 heure avant) le timbre anesthésique (Emla )
pour une ponction artérielle particulièrement chez l’enfant.
14. Vérifier la qualité et cohérence des signaux physiologiques
15. Placer l’oxymètre de pouls (doigt ou oreille) en vérifiant
la qualité du signal
16. Préparer le thorax pour la mise en place soigneuse
des électrodes de l’ECG (rasage)
17. Expliquer l’échelle de dyspnée et de fatigue des membres
inférieurs
18. Vérifier la tolérance de l’embout buccal et du pince nez
ou l’adaptation du masque facial.
19. Vérifier les signaux ventilatoires
(phase inspiratoire/expiratoire)
20. Vérifier les signaux des analyseurs de gaz
21. Détecter les fuites
Les mesures basales
22. Réaliser une spiromètrie de repos (courbe débit
volume maximale)
23. Prélever un échantillon sanguin au repos pour
la détermination des gaz du sang (ponction artérielle
ou capillaire)
24. Enregistrer un ECG 12 pistes de référence au repos
25. Vérifier la pression artérielle de repos
26. Enregistrer les échanges gazeux (VO2 REPOS) pendant
3 minutes (optionnel) patient calme et relâxé
Démarrage de l’Exercice
(3 minutes à puissance constante) :
27. Donner les consignes de pédalage
28. Rassurer le patient
29. Vérifier (à nouveau) la cohérence des signaux
avant le démarrage de l’incrément
Dernières 30 secondes de l’état stable (avant l’incrément)
30. Poser la question des symptômes
(Borg Dyspnée – Borg Fatigue)
31. Mesure de PA
32. Enregistrement ECG
33. Rassurer le patient
34. Prélever, à la fin du palier, un échantillon sanguin pour
la détermination des gaz du sang (ponction artérielle
ou capillaire)
35. Encourager et annoncer le démarrage progressif
de l’incrément
2S124
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
l’importance relative de l’hyperventilation, on utilise des indices appelés « Équivalent respiratoire » qui expriment le ratio
de la ventilation externe avec soit le VO2 (VE/VO2) soit le
VCO2 (VE/VCO2).
Les équivalents respiratoires
Ils diminuent au début de l’exercice pour atteindre une
valeur minimale d’environ 25 traduisant une amélioration de
l’homogénéité ventilation-perfusion. Ensuite, on observe
généralement une augmentation de VE/VO2 alors que VE/
VCO2 n’augmente pas au moment du seuil ventilatoire (SV1).
Le rapport VE/VCO2 augmente secondairement pour atteindre des valeurs maximales de 35 à 40 au pic de l’exercice. Lorsque l’exercice est de longue durée (athlète) ou lorsque
l’hyperpnée et l’hyperventilation sont nettement majorées, on
peut observer un second décrochage plus marqué de VE par
rapport à VCO2 que certains auteurs qualifient de « second
seuil » (SV2) et dont la signification physiologique a été récemment revue [43]. En pathologie, plusieurs perturbations peuvent modifier le rapport de ces ajustements au cours de
l’exercice incrémental et certains profils sont parfois considérés
comme caractéristiques d’un mécanisme physiopathologique
et -ou d’un désordre spécifique (HTAP, …).
Fractions inspirées et expirées en O2 et CO2
Permettant les calculs de VO2 et de VCO2. Au repos la
FEO2 ~ 0,16 et la FECO2 ~ 0,04.
Ces valeurs diminuent et augmentent respectivement
d’environ 0,05 jusqu’au SV1, en raison de l’augmentation de
la ventilation alvéolaire et d e la réduction du rapport VD/
VT. Au delà du SV1, l’hyperventilation a pour conséquence
que le gaz expiré ressemble de plus en plus à l’air inspiré : la
FEO2 augmente et la FECO2 diminue. À la Pmax et au
VO2MAX, la FEO2 peut atteindre, selon l’importance de
l’hyperventilation, 0,170 ou 0,175, alors que la FECO2
revient vers les valeurs de repos ou un peu au-dessous.
L’électrocardiogramme
Avec 12 dérivations permet la surveillance du rythme
cardiaque et la mise en évidence de troubles de la repolarisation [44, 45]. Les modifications pathologiques de l’électrocardiogramme au cours de l’exercice sont détaillées dans le
tableau VII.
Les mesures séquentielles
D’autres grandeurs physiologiques et psychométriques
sont mesurées de façon séquentielle au cours de l’épreuve.
L’intensité des symptômes (dyspnée et fatigue musculaire)
Elle est évaluée par une échelle de Borg ou une échelle
visuelle analogique de 10 cm (cf. ci-dessus) au repos et à la fin
de la période d’échauffement et au minimum au pic de l’exercice. Idéalement, la question des symptômes est posée à la fin
de chaque palier d’exercice pour détecter avec précision le
seuil de dyspnée [46, 47].
La surveillance de la saturation en O2
Par oxymétrie de pouls, elle est continue, non invasive,
et présente une précision de ± 2 % par rapport à la mesure
sanglante de SaO2. Il faut néanmoins connaître quelques cir-
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Tableau VII.
Modifications électrocardiographiques pouvant être détectées au
cours de l’exercice.
Ischémie
Trouble du rythme
TPSV (Fibrillation auriculaire
paroxystique ou tachycardie
jonctionnelle)
Extrasystolie ventriculaire
(polymorphisme, augmentation
du nombre avec l’exercice)
Sous décalage du segment ST
horizontal > 1 mm, ascendant
> 1.5 mm dans au moins
2 dérivations successives
(V4 à V6 particulièrement)
Bigéminisme soutenu (30 s),
TV (> 3 éléments)
BAV, apparition bloc de branche
gauche
Bradycardie/pause post-effort
Inadaptation chronotrope
(FCmax < 70 % FMT avec
des critères métaboliques de
maximalité) en l’absence de
drogues bradycardisantes
constances où la précision des mesures est prise en défaut
[48-50]. Quand SpO2 diminue en dessous de 85 %, l’inexactitude est systématique et la variation de SpO2 n’exprime
qu’une tendance. En cas de mouvements importants (à la
course par exemple) ou de vasoconstriction des extrémités, le
signal pulsé est trop faible pour permettre une détermination
de SpO2. Enfin, la présence d’un taux élevé de carboxyhémoglobine surestimera la véritable valeur de SaO2. La
mesure de la saturation en O2 sera de toute façon peu sensible
pour détecter une altération et-ou une variation de l’hématose
lorsque la valeur de PaO2 est supérieure à 60-70 mm Hg.
Dans le doute ou lorsqu’une variation de SpO2 ≥ 5 % est
détectée, une mesure des gaz du sang s’impose.
Une mesure directe des gaz du sang
est donc souvent nécessaire
L’obtention de mesures au repos (et/ou à l’échauffement), au niveau du seuil ventilatoire et au pic de l’exercice
représente la stratégie qui permet une interprétation correcte
de l’évolution de l’hématose. En particulier, il est impératif de
réaliser le dernier prélèvement au cours des dernières secondes
de l’exercice car la resaturation et le changement de la réponse
ventilatoire sont immédiats après l’arrêt de l’effort. Le prélèvement peut être réalisé selon les 3 stratégies décrites ci-dessus
(ponctions artérielles radiales répétées, cathéter artériel radial,
prélèvements de sang capillaire artérialisé).
Les variations de la pression artérielle
Elles sont habituellement mesurées par la méthode auscultatoire au cours d’une épreuve d’effort cardiologique [44].
Les recommandations cardiologiques préconisent une mesure
au repos, à la fin de chaque palier et en récupération jusqu’au
retour aux valeurs de repos [45]. Dans un contexte pneumologique où l’incrément de puissance est plus faible, un contrôle de la pression artérielle à l’échauffement puis toutes les
2 minutes lors de l’exercice à puissance croissante est suffisant.
L’arrêt de l’exercice est ordonné en cas de chute de la PA ou
lorsque la PA est excessive (> 250/120 mm Hg) notamment
en cas de symptôme d’intolérance (céphalée, vertiges).
Une mesure de la lactatémie
Réalisée à l’exercice maximal ou à la 3e minute de récupération permet d’apprécier l’équilibre entre la production du
lactate (stimulation de la glycolyse) et sa réutilisation au cours
de l’exercice musculaire. Les échantillons sanguins sont obtenus soit à partir d’un prélèvement veineux, ou le plus souvent
à partir d’un prélèvement capillaire artérialisé (doigt ou
oreille) ou artériel. Pour une intensité d’exercice donnée, la
valeur de lactatémie mesurée sur sang artériel ou artérialisé est
supérieure à celle mesurée sur sang capillaire ou veineux [51].
La signification physiologique est discutée mais dans le
contexte de l’EFX incrémentale une valeur supérieure à
8 mmol.L-1 est un argument biologique indépendant pour
juger d’une sollicitation musculaire importante d’autant plus
que le sujet est âgé. Des mesures répétées à chaque palier sont
souvent réalisées en médecine du sport pour tracer la cinétique d’accumulation du lactate. L’intérêt de cette procédure en
pratique clinique n’est pas établi [52, 53].
La mesure répétée de la capacité inspiratoire
Elle permet de situer plusieurs courbes débit-volume
d’exercice par rapport à la courbe débit volume maximal réalisé au repos et ainsi d’analyser les contraintes ventilatoires
inspiratoires et expiratoires. L’analyse des contraintes ventilatoires étant préférentiellement réalisée au cours d’un exercice
en état stable, se reporter au paragraphe B pour une description plus détaillée.
Détermination des grandeurs
L’ergospiromètre mesure en continue le volume de gaz
expiré par le sujet (ventilation pulmonaire expirée ou VE
(L.min-1) en condition BTPS : BTPS pour Body Temperature and Pressure Saturated) et sa composition, c’est-à-dire la
fraction (en %) d’oxygène et de gaz carbonique que les gaz
expirés contiennent (FEO et FECO2). Il mesure aussi la fréquence respiratoire (FR, en respiration/min) et la pression
barométrique (PB, en mm Hg. L’ensemble de ces mesures
sont soumises à des fluctuations d’ordre physiologiques et
métrologiques. Le logiciel de l’ergospiromètre effectue alors
un moyennage de ces variables pour présenter à l’investigateur
des grandeurs mesurées exploitables. À partir de ces cinq
grandeurs moyennées (FEO2, FECO2, VE, FR), et d’autres
mesurées de façon discontinue (PB, PaO2, PaCO2, pH, de
nombreux calculs permettent de présenter de nouvelles variables qui permettront de suivre l’évolution des grandeurs physiologiques nécessaire pour réaliser une analyse fonctionnelle
intégrée.
L’investigateur doit connaître les causes d’erreurs possibles
qui affectent les mesures elles-mêmes et le moyennage. Il doit
aussi comprendre les calculs qui aboutissent aux grandeurs
physiologiques du chapitre « Présentation des Résultats ».
L’intérêt de ce chapitre est de revoir à travers ces calculs la signification physiologique des variables utilisées en clinique et de
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2S125
B. Aguilaniu et coll.
mettre en évidence le risque lié à la multiplication des erreurs
affectées aux mesures originelles.
Enfin, ce chapitre exposera brièvement les principes de
moyennage des valeurs à l’origine aussi parfois de valeurs erronées.
Mesures et calculs
L’ensemble des calculs est effectué sur cinq variables
mesurées (FEO2, FECO2, VE, FR, PB) (tableau VIII). Ces
calculs sont les suivants [pour ces calculs voir par exemple
[54-57]].
Volume courant, VE et conversion BTPS
en /STPD
Le volume courant VT, en L(BTPS)) est :
VE
(1)

FR
Pour le calcul du VO2 et du VCO2, le VE est d’abord rapporté en conditions standards (0 °C ou 273 K, 760 mmHg,
gaz sec : conditions STPD pour Standard Temperature and
Pressure, Dry) en utilisant l’équation de Boyle et l’équation de
Charles qui décrivent les variations de volume d’un gaz (V) en
fonction de sa pression (P) et de sa température (T, en kelvin),
respectivement, et en sachant qu’à 37 °C, la pression de vapeur
d’eau (PH2O), à saturation, est de 47 mmHg :
VT =
Boyle : (P1 - PH2O1) x V1 = (P2 - PH2O2) x V2 (2)
Si P1, V1 et PH2O1 sont respectivement, la pression
barométrique ambiante (PB), le volume BTPS et la PH2O à
37 °C, soit 47 mmHg : (PB - 47) x VEBTPS = 760 x VESTPD
V
V
Charles : 1 = 2
T1
T2
Tableau VIII.
Les grandeurs mesurées permettent de calculer d’autres grandeurs à
l’aide des formules détaillées dans le chapitre « mesures et calculs ».
D’autres grandeurs peuvent être estimées à partir des grandeurs
mesurées ou calculées en admettant certaines estimations ou hypothèses physiologiques [2, 58].
Grandeurs
Mesurées
Grandeurs
Estimées
VE
VO2
Qc
VT
VCO2
VES
FR
VE/VO2
VE/VCO2
∆(a - v)O2
FC
2S126
Grandeurs
Calculées
RER
QR
FEO2
PETO2
PAO2
FIO2
PETCO2
PaCO2
FECO2
PAiO2
FETCO2
P(Ai - a)O2
FEMixCO2
PEMixCO2
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Vd/Vt
VE STPD
VE BTPS
Ou 
 = 

273 + 37
273
Par conséquent, en combinant les deux équations :
VE BTPS x ( P B – 47 )
VE STPD x760

 = 

(3)
310
273
Et :
273 ( P B – 47 )
(4)
VESTPD = VEBTPSx  x 
310
760
( P B – 47 )
273 ( P B – 47 )
Le facteur  x 
soit 
, ne dépend
310
760
863
que de la PB. C’est le facteur de conversion BTPS/STPD
(F). Généralement ce facteur est fourni par le logiciel. Si on
ne veut pas le calculer, il existe des tables (annexe 5 b) qui le
fournissent pour diverses valeurs de PB, et des tables qui indiquent la PB moyenne à diverses altitudes (annexe 5 d). Ainsi,
par exemple, le VE STPD d’un sujet qui se trouve à 3200 m
d’altitude et dont le VE BTPS est de 84 L/min est de :
Altitude :3200 m
Pression ambiante :513 mmHg
Facteur F :0,540
VE STPD = VE BTPS x F = 84 x 0,540 = 45,4 L (STPD)/min
VO2 et VCO2
La consommation d’O2 (VO2) et la production de CO2
(VCO2), en L.min-1 STPD sont calculées à partir du VE
STPD et de FEO2 et FECO2 par différence entre le volume
total d’O2 et de CO2 qui entrent (VO2 in et VCO2 in) et le
volume total d’O2 et de CO2 qui sortent (VO2 out et
VCO2 out) des poumons en une minute :
VO2 in = VI L (STPD).min-1 x FIO2
(5)
(6)
VCO2 in = VI L (STPD).min-1 x FICO2
(7)
VO2 out = VE L (STPD).min-1 x FEO2
(8)
VCO2 out = VE L (STPD).min-1 x FECO2
Dans ces équations, on reconnaît le VE, la FEO2 et la
FECO2 qui ont été mesurés par l’ergospiromètre, la FIO2 et
la FICO2, qui sont les fractions d’O2 et de CO2 dans le gaz
inspiré (si le gaz est de l’air, FIO2 = 0,2093 et
FICO2 = 0,0003), et le VI qui est la ventilation pulmonaire
inspiratoire, en L.min-1. Bien entendu :
VO2 = VO2 in - VO2 out
= [VI (STPD) x FIO2]
(9)
- [VE (STPD) x FEO2]
VCO2 = VCO2 out - VCO2 in
= [VE (STPD)x FECO2]
(10)
- [VI (STPD) x FICO2]
Le VI n’est en général pas mesuré. Il n’est pas égal au
VE car, le plus souvent, le VO2 est différent du VCO2.
On estime donc le VI par la correction de Haldane, qui n’est
pas parfaite, mais suffisante. Elle repose sur le fait que le
volume d’azote (N2) qui entre dans les poumons
(VN2 in = VI x FIN2) est à peu près égal à celui qui en sort
(VN2 out = VE x FEN2) :
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
VI x FIN2 ~ VE x FEN2 d’où
VExFEN
VI = 2
FIN 2
(11)
Quant à FIN2, il vaut dans l’air :
FIN2 = 1 - FIO2 - FICO2
= 1 - 0,2093 - 0,0003 = 0,7904
(12)
(13)
alors que FEN2 = 1 - FEO2 - FECO2
En réorganisant les équations ci-dessus, on obtient les
relations qui permettent de calculer le VO2 et le VCO2 (en
L (STPD).min-1 en fonction de VE, et des fractions d’O2 et
de CO2 des gaz inspiré et expiré :
VE x FEN
(14)
VO2 = {[ 2 ] x FIO2} - VE x FEO2
FIN 2
VE x FEN
VCO2 = (VE x FECO2) - {[ 2 ] x FICO2} (15)
FIN 2
Deux autres termes concernent également le VO2 :
VO2MAX : Classiquement, la consommation maximale
d’oxygène correspond à un plafonnement du débit maximal
d’oxygène mesuré (VO2), le VO2 malgré l’augmentation de la
puissance. Le plus souvent on parlera de plateau devant une
augmentation de moins de 100 à 150 ml de VO2 en fin
d’effort entre deux paliers [21, 42].
VO2 pic : C’est la plus grande valeur de VO2 mesurée
lors d’une épreuve d’effort sans qu’un plateau soit observé. Il
ne s’agit pas du VO2 mesuré sur un cycle respiratoire mais
d’une valeur moyennée sur 15 à 30 secondes [21].
Le quotient d’échanges gazeux respiratoires à la bouche
est calculé à partir du VO2 et du VCO2 (RER pour respiratory exchange ratio, qui n’a pas d’unité) :
RER =
Le
VCO 2

(16)
VO 2
quotient
respiratoire
(QR)
est
le
rapport
VCO 2
 dans les tissus. Sur de longues périodes de temps, le
VO 2
VO2 et le VCO2, respectivement, dans les tissus et à la bouche sont égaux. Le QR dans les tissus est donc égal au RER à
la bouche, et le RER peut être considéré comme étant le QR.
Le RER peut-être alors utilisé pour effectuer des calculs de
calorimétrie indirecte respiratoire et estimer les quantités de
glucides et de lipides oxydées, en corrigeant pour l’oxydation
des protéines, calculée à partir de l’excrétion d’urée, ou en
négligeant l’oxydation des protéines [59-61]. En effet, lorsque
seul du glucose est oxydé, le QR et donc le RER sont de 1,0 ;
lorsque seuls des lipides sont oxydés, ils sont de 0,7. En
dehors de la situation exceptionnelle où du glucose est converti en lipides (lipogénèse de novo), dans les tissus le QR
varie entre ces deux extrêmes, et il existe des équations ou des
tables indiquant pour un QR (non protéique) donné, estimé
égal au RER, le pourcentage d’énergie fourni par l’oxydation
du glucose et des lipides ainsi que l’équivalent énergétique de
l’O2 (c’est-à-dire la quantité d’énergie libérée lorsqu’un litre
d’O2 est consommé, qui est aussi appelé parfois le coefficient
thermique de l’O2) [61].
Le QR augmente avec la puissance du travail, indiquant
une contribution de plus en plus forte de l’oxydation du glucose à la fourniture de l’énergie. Bien entendu il existe un QR
pour lequel 50 % de l’énergie est fournie par l’oxydation du
glucose et 50 % par celle des lipides. Ce QR vaut un peu
moins de 0,85 et certains auteurs accordent un intérêt particulier à la puissance à laquelle il survient. C’est le concept du
croisement ou cross-over [62].
Au repos, dans des conditions très stables, et lors d’exercices prolongés, le RER est égal au QR. Par contre, sur de
courtes périodes de temps, l’hyperventilation et le dégazage
du pool de bicarbonate peuvent augmenter le RER au-dessus
du QR et même au dessus de 1,0. On peut observer cela au
repos. On l’observe aussi au cours d’une épreuve d’effort
au-dessus du seuil ventilatoire [43].
Équivalents ventilatoires de l’O2 et du CO2
Les équivalents ventilatoires de l’O2 et du CO2 sont calculés à partir du VE et du VO2 et du VCO2 :
Équivalent ventilatoire de l’O2 =
VE


VCO 2
(17)
VE
(18)


VCO 2
Ces rapports sont des indices de l’efficacité ventilatoire,
puisqu’ils indiquent combien de volume de gaz il faut ventiler
pour consommer 1 litre d’O2 ou produire un litre de CO2 à
L BTPS
la bouche. Notez que ces rapports s’expriment en 
L STPD
mais sont, en général, rapportés sans unité.
Équivalent ventilatoire du CO2 =
Ventilation alvéolaire
Les calculs ci-dessus décrivent les échanges gazeux à la
bouche. Les calculs suivants décrivent les échanges gazeux
alvéolaires. Ils reposent sur quatre équations, qui sont l’équation de la ventilation alvéolaire, l’équation de Bohr, l’équation
de la production alvéolaire de CO2, et l’équation du gaz
alvéolaire idéal.
VD
L’espace mort, --------- et la ventilation alvéolaire (VA)
VT
Les deux premières de ces équations sont les suivantes :
VA = (VT - VD) x FR
(équation de la ventilation alvéolaire)
(33)
( VTxFECO 2 )
(équation de Bohr) (34)
FACO 2 = 
( VT – VD )
Dans ces équations, on reconnaît VT, FR et FECO2.
Quant à VABTPS, c’est la ventilation alvéolaire, en L.min-1,
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2S127
B. Aguilaniu et coll.
et VD est l’espace mort en LBTPS : espace mort anatomique et
alvéoles ventilées mais non perfusées et qui ne participent
donc pas aux échanges gazeux. La dérivation de l’équation de
Bohr est la suivante :
VCO2 = VT x FECO2 = [(VT - VD) x FACO2] +
(35)
[VD x FIO2]
Comme FIO2 est très faible :
VT x FECO2 = (VT - VD) x FACO2
(36)
( VTxFECO 2 )
d’où FACO 2 = 
(37)
( VT – VD )
L’équation de Bohr peut aussi être écrite en terme de
PCO2, étant donné que selon la loi de Dalton, la pression
partielle d’un gaz dans un mélange est proportionnelle à la
fraction de ce gaz dans le mélange et à la pression totale, et en
se rappelant qu’à saturation à 37 °C la PH2O est de
47 mmHg :
( VTxFECO 2 )
PACO 2 =  x ( P B – 47 )
(38)
( VT – VD )
Ces calculs ne peuvent pas être exécutés directement car
il y a trop d’inconnus dans les équations : VA, VD et FACO2
ou PACO2. Il faut donc mesurer certaines de ces variables ou
les estimer. Ainsi la PACO2 est estimée soit à partir de la
PCO2 en fin d’expiration (PETCO2), soit à partir de PaCO2
mesurée sur un prélèvement artériel ou sur du sang capillaire
artérialisé à l’oreille ou au bout du doigt. En pratique, on
assume que :
PaCO2 ~ PETCO2 ~ PACO2
(39)
On résout donc l’équation de Bohr, exprimée en pression partielle :
( VTxFECO 2 )
PACO2 = 
x (PB - 47)
(40)
( VT – VD )
FECO 2 x ( P B – 47 )
D’où VD = VT x [1 – 
]x
PACO 2
(41)
(VT x FECO2)]}
On peut alors calculer VA qui est la ventilation « efficace »
puisque c’est elle qui participe aux échanges gazeux alvéolaires.
VA = (VT - VD) x FR
(42)
PACO2 et PaCO2
Si l’on applique à l’équation de Bohr les valeurs du
FECO2 et celles du VT et du VD, on peut calculer les variations de la PACO2 en réponse à l’exercice en rampe, en supposant une pression atmosphérique normale de 760 mmHg.
En effet, pour les valeurs suivantes VT = 0,5 LBTPS ;
VD = 0,15 LBTPS et FECO2 = 0,039.
( VTxFECO 2 )
PACO2 = [ 
] x (PB - 47)
( VT – VD )
2S128
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
(47)
( ( 0, 5 )x ( 0, 039 ) )
PACO2 = [  ]
( 0, 5 – ( 0, 15 ) )
x (760 - 47) = 39,7 mmHg
(48)
Du repos au SV1, la PACO2 ne se modifie pas beaucoup.
Elle augmente légèrement en raison de la diminution de l’espace
VE
mort et de la diminution du rapport  . Par contre, au delà
VO 2
du SV1, l’hyperventilation apporte aux alvéoles un flux d’air
frais qui abaisse de façon importante la PACO2. À la Pmax et au
VO2MAX, la PACO2 peut chuter à des valeurs voisines de
30 mmHg. Comme il n’existe pas, normalement de gradient
alvéolo-capillaire de PCO2, ou seulement un très petit gradient,
la PaCO2 est égale à la PACO2 du repos jusqu’à la Pmax et au
VO2MAX. Par exemple pour un VT de ~ 2,8 LBTPS/min, un
VD de ~ 0,35 LBTPS/min, et une FECO2 de ~ 0,0400.
( 2,8x0,0400 )
PACO2 = [  ] x (760 - 47)
( 2,8-0,35 )
= 32,5 mmHg
Estimation du VCO2
L’équation de la production alvéolaire de CO2 permet
d’estimer VCO2 en fonction de la VA et de la FACO2.
Cette estimation repose sur l’observation que la VA est la
quantité de gaz qui entre dans les alvéoles et qui en sort, chaque minute. Par conséquent, le volume de CO2 qui sort des
alvéoles chaque minute est
(49)
VCO2 out = VA x FACO2
PACO 2
Ou FACO2 = 
( P B – 47 )
(50)
De la même façon le volume de CO2 qui entre dans les alvéoles chaque minute est :
VCO2 in = VA x FICO2
(51)
La production de CO2 alvéolaire, et donc à la bouche, est par
différence :
VCO2 = VA x FACO2 - VA x FICO2
= VA(FACO2 - FICO2)
(52)
Comme FACO2 est très grand par rapport à FICO2 (0,05 à
0,06 contre 0,0003) on peut négliger FICO2 :
(53)
VCO2 = VA x FACO2
Bien entendu, comme VA est en L(BTPS).min-1, VCO2 est
aussi en L(BTPS).min-1. Pour le comparer au VCO2, calculé
ci-dessus en L(STPD).min-1, il faut corriger, comme ci-dessus, pour la pression et la température pour exprimer le
VCO2 en L(STPD).min-1. On peut le faire simplement en
appliquant le facteur BTPS (0,826 à 760 mmHg) :
VCO2, L(STPD).min-1 = VCO2, L(BTPS).min-1 x
0,826
(54)
Cette équation présente l’intérêt de montrer que toute augmentation de la ventilation alvéolaire augmente nécessairement le VCO2. Le volume de CO2 rejeté en excès dans
l’atmosphère provient du pool de bicarbonate qui chute :
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
la PACO2 et la PaCO2, et la concentration de bicarbonate du
plasma diminuent. Ce phénomène est transitoire [63]. Après
un certain temps qui dépend de l’importance de l’hyperventilation alvéolaire, la PACO2 et la FACO2 ayant baissé, le
VCO2 qui est le produit :
(55)
VCO2 = VA x FACO2
revient peu à peu aux valeurs observées avant
l’hyperventilation : le VCO2 à la bouche est à nouveau égal à
celui dans les tissus, la concentration de bicarbonate et la
PACO2 étant stable mais au dessous des valeurs observées
avant l’hyperventilation. Bien entendu, l’excrétion de CO2
élimine de l’acide carbonique et donc des protons : le sujet est
en alcalose ventilatoire, et il peut tomber en apnée spontanée
jusqu’à ce que le pool de bicarbonate ait été reconstitué et le
pH soit revenu à sa valeur normale.
L’étroite dépendance de VCO2 par rapport à VA explique qu’au delà du SV1, alors que VE et VA augmentent beaucoup plus rapidement qu’avant le SV1, et alors que le VO2
continue d’augmenter proportionnellement à l’augmentation
de la puissance, le VCO2 suit l’augmentation de la VE et plus
encore de la VA. Il tend toutefois à s’en écarter peu à peu car
la baisse de la PACO2 et de la FACO2 consécutive à l’hyperventilation et à la diminution du pH, fait que l’augmentation
de la VA ne provoque pas une augmentation similaire du
VCO2. Ceci explique sans doute le décrochage du « second
seuil ventilatoire » parfois observé chez les sujets avec une
grande capacité de travail (mais rarement chez les patients).
Équation du gaz alvéolaire idéal
La dernière équation permet de décrire les échanges
gazeux alvéolaires. Il s’agit de l’équation du gaz alvéolaire idéal
qui permet de calculer la Pression alvéolaire en oxygène
(PAiO2) et donc de calculer le gradient alvéolo-artériel en oxygène en connaissant la valeur artérielle de PO2 (PaO2). La
valeur de PAO2 ainsi calculée est dite idéale (PAiO2). Sa dérivation est la suivante à partir de :
(55)
VCO2 ~ VA x FACO2
De la même façon :
(56)
VO2 ~ VA x (FIO2 - FAO2)
Le RER(
VCO 2
 ) vaut donc :
VO 2
FACO
RER = VA x 2 x (FIO2 - FAO2)
VA
FACO 2

=
( FIO 2 – FAO 2 )
(57)
En réorganisant :
FACO
FIO2 - FAO2 = 2
RER
FACO 2
FAO2 = FIO2 - (  )
RER
FACO
et PAiO2 = [FIO2 - ( 2 )] x (PB - 47)
RER
(58)
(59)
(60)
PACO
PAiO2 = [FIO2(PB - 47)] - ( 2 )
(61)
RER
Au repos il existe un fort gradient alvéolo-capillaire de PO2
(PAi - aO2) qui se creuse à l’exercice. Ainsi la mesure directe
de la PaO2 ne fournit pas une bonne estimation de PAO2, et
inversement, la mesure de la PETO2 (ou le calcul de la
PAiO2), ne fournit pas une estimation de PaO2. Par contre, la
mesure simultanée la PaO2 et de la PETO2 ou de la PAiO2,
permet d’apprécier le PAi - aO2. Ce gradient traduit l’efficacité des processus de diffusion de l’oxygène de l’alvéole au
sang capillaire artériel pulmonaire et quantifie globalement
l’admission veineuse [2]. Au repos, la PAiO2 est voisine de
100 mmHg. En effet, pour une valeur de PACO2 de 39,7, de
RER de 0,85, et pour une FIO2 de 0,2093 et une pression
barométrique de 760 mmHg :
39, 7
PAO2 = [0,2093(760 - 47)] - (  )
0, 8
= 100 mmHg
(62)
Le PAi - aO2de repos normale étant de 5 à 10 mmHg, la
PaO2 de repos s’établit donc à ~ 90-95 mmHg. Comme pour
la PACO2, la PAO2 ne varie que très peu du repos au SV1.
L’augmentation
habituellement
observée
d’environ
~ 8 mmHg est due essentiellement à la hausse du RER, qui
passe de 0,8 à ~ 1,0. Dans l’équation ci-dessus, toutes choses
étant égales par ailleurs, une telle hausse du RER se traduit
arithmétiquement par une élévation de la PAO2 à :
39, 7
PAO2 = [0,2093(760 - 47)] - (  ) ~ 110 mmHg(63)
1
Par contre, le PAi - aO2 se creuse. En conséquence, la PaO2
demeure stable aux alentours de 95-98 mmHg. Au delà du
SV1, l’hyperventilation apporte un flot d’air frais aux alvéoles,
si bien que la PAO2 s’élève de façon importante : la composition du gaz alvéolaire se rapproche de celle de l’air. À la Pmax
et au VO2MAX, la PAO2 peut être observée au-dessus de 120
mmHg. Par exemple, pour une PACO2 = 32,5 mmHg, et un
RER = 1,25, l’équation du gaz alvéolaire indique que la
PAiO2 est de :
32, 5
PAiO2 = [0,2093(760 - 47)] - ( )
1, 25
= 124 mmHg
(64)
La PaO2 reste toutefois bien inférieure puisque le PAi aO2 se creuse jusqu’à environ 20 mmHg. Signalons enfin
que la valeur de PAO2 peut être, chez le sujet sain
« grossièrement » assimilée à celle de PET O2. Chez la plupart
des patients, cette assimilation n’est pas valide et conduit à
une interprétation fréquemment erronée.
Indices ventilatoires
Réserve ventilatoire RV
La réserve ventilatoire est la différence entre le débit
ventilatoire maximal observé (VEmax) et le débit ventilatoire
maximal prédit selon l’estimation VEmaxpred. = VEMS x
35 - 40 ou mesuré par la manœuvre de la ventilation maximale
volontaire (VMV) sur 12 secondes. L’utilisation de VMV
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2S129
B. Aguilaniu et coll.
mesuré comme indice de ventilation maximale est discutable
car les stratégies ventilatoires au cours de la manœ uvre
d’hyper ventilation volontaire (ventilation à plus haut volume
pulmonaire) et au cours de l’exercice sont différentes [64].
L’usage privilégie l’estimation appelée alors VEmax prédit.
Cette différence peut s’exprimer en valeur absolue (L.min-1)
ou sous forme d’un rapport exprimé en % selon la formule :
VE max – VE max pred

(65)
VE max pred
Chez le sujet sain d’âge et d’aptitude standard, VEmax au
pic de l’exercice atteint environ 70 % de VEmaxpred.
La réserve ventilatoire est donc généralement de
30 L.min-1 ou 15-30 %, mais des valeurs plus faibles sont rencontrées chez des athlètes très entraînés ou chez les sujets âgés.
Limitation expiratoire de débit
L’appréciation de la limitation expiratoire de débit
(LED) est essentiellement visuelle en superposant le
VTEXERC avec la courbe débit-volume maximale mesurée
avant et/ou après l’exercice. On considère généralement
qu’une LED significative est présente lorsque le chevauchement expiratoire excède 30 % de VTEXERC. Au-delà de cette
LED, on voit généralement apparaître un phénomène
d’hyperinflation dynamique lorsque VE augmente. D’autres
techniques permettent de juger de la présence d’une LED
comme la manœuvre de compression abdominale manuelle
[65] ou l’application d’une pression négative pendant la phase
expiratoire [66].
Hyperinflation dynamique
L’hyperinflation pulmonaire dynamique peut être appréciée en calculant les volumes pulmonaires de fin d’expiration
(EELV : End Expiratory Lung Volume) et d’inspiration (EILV :
End Inspiratory Lung Volume) et aussi le volume de réserve inspiratoire (VRI) selon les formules suivantes prenant en compte
la mesure de capacité pulmonaire totale (CPT) mesurée par pléthysmographie avant l’exercice et de la capacité inspiratoire (CI)
mesurée de façon répétée au cours de l’exercice :
EELV = CPT - CI
(66)
EILV = CPT - (CI + VT)
(67)
À partir de la mesure itérative de CI, on peut calculer un
index d’hyperinflation dynamique qui exprime les variations
de CI en fonction du débit ventilatoire. Cet index (DHI) est
calculé selon la formule [67] :
( CI REPOS – CI EXERC )
 ]x
DHI = [ 
CI REPOS
100
( VE EXERC – VE REPOS )

(68)
Ce paramètre, exprimé en ml.bat-1 ou ml.bat.kg-1, est
utilisé pour avoir une indication de la cinétique du volume
d’éjection systolique en réorganisant l’équation de Fick [68] :
2S130
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Réserve chronotrope (RC)
La réserve chronotrope est la différence entre FC maximale prédite et FC maximale atteinte. Elle est exprimée soit
en valeur absolue (batt.min-1), soit en pourcentage lorsqu’elle
est rapportée à la réserve chronotrope de repos (FMT FCrepos).
RC (batt.min -1) = FMT - FCMax
(73)
( FMT – FCM ax )

Ou RC (%) = 
(73)
( FMT – FC repos )
Pente VO2/ watt
La signification de ce rapport dépend des conditions
d’exercice au cours duquel il a été déterminé. Lors de l’exercice incrémental, la pente est déterminée par le logiciel à partir de la méthode des moindres carrées. Elle est d’environ
10,3 ± 2 mlO2.min-1.watt-1. L’utilisateur devra simplement
fixer les bornes inférieures et supérieures des valeurs prises en
compte pour le calcul. La borne inférieure est fixée habituellement après le démarrage de l’incrément, la borne supérieure
avant la valeur de VO2pic, afin de ne pas prendre en compte
les valeurs aberrantes de fin d’exercice liée parfois à la tachypnée.
Pente FC/ VO2
Cet indice global permet d’apprécier la pente d’augmentation de FC en fonction de VO2. Comme la pente ∆VO2/
∆watt, elle est déterminée par la méthode des moindres carrés
et sa valeur est fortement influencée par la position des bornes
inférieures et supérieures.
Indices métaboliques
Ces indices ne sont pas utiles pour la pratique courante
de l’EFX et sont essentiellement utilisés au cours d’exercice en
état stable.
Rendement mécanique global
= Puissance Mécanique (watts)/Puissance Métabolique (watts)
[ Puissance Mécanique (W) ]
- × 100 (74)
= -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1
-1
[ ( VO2 Puissance Constante ( L.min ) ) ( 20 ,900 J.L )*1 ⁄ 60 ]
Rendement Mécanique Net
Indices du transport cardio-circulatoire
Pouls d’oxygène (VO2/FC)
VO2 = Qc x D(a - v)O2
(69)
VO2 = FC x VES x D(a - v)O2
(70)
D’où VES = VO2.FC-1.[D(a - v)O2]-1
(71)
Cette équation permet d’estimer la valeur du volume
d’éjection systolique en attribuant une valeur à la D(a - v)O2
maximale de 150 ml.L-1 généralement atteinte chez le sujet
sain au-delà de 60 % de la PMA.
(72)
[ Puissance Mécanique (W) ]
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- × 100
[ ( VO2 EXERC – VO2 REPOS ) ( L.min -1 ) ( 20 ,900 J.L -1 )*1 ⁄ 60 ]
(75)
Delta Rendement Mécanique est calculée entre deux puissances d’état stable par exemple entre 65 % de la PMA et
20 watts :
[ Puissance Mécanique à 65 % PMA (W) – 20W ]
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- × 100
[ ( VO2 65 % PMA – VO2 20 Watts ) ( L.min -1 ) ( 20 ,900 J.L -1 )*1 ⁄ 60 ]
(76)
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Moyennage, repérage des valeurs aberrantes (fig. 4)
Les valeurs sont mesurées lors de chaque cycle respiratoire et il est nécessaire de moyenner ces mesures. Sur un seul
cycle, les paramètres (VO2, VCO2, VE) ne reflètent pas toujours la situation métabolique (par exemple les cycles qui suivent la déglutition, après une courte apnée). Ce ne sont pas
des valeurs aberrantes (la mesure est juste) mais il faut
« gommer » ou atténuer l’importance de ces cycles. Le
moyennage permet la correction de ces fluctuations, il faut
cependant distinguer le moyennage réalisé sur les valeurs pics
du moyennage lissage des courbes. Pour les valeurs pics, un
moyennage des 15 à 30 dernières secondes est nécessaire.
Pour le lissage, quatre méthodes peuvent être utilisées : la
régression polynomiale, la moyenne arithmétique, la
moyenne glissée de n points (ou flottante) et la moyenne
glissée de n points - 2 avec élimination des extrêmes. À
l’exception du lissage polynomial qui exclut beaucoup trop
de valeurs, les trois autres méthodes sont très proches, le plus
grand lissage étant obtenu par la moyenne glissée de
n points - 2. La moyenne glissée de n points - 2 permet également une sélection des valeurs aberrantes. En éliminant les
deux valeurs extrêmes dans une série de 8 à 10 mesures, une
partie des cycles anormaux est exclue.
Les constructeurs déterminent également des plages
d’analyse de VO2 et VCO2, les mesures étant le plus souvent
réalisées à moins de 500 m d’altitude et en normoxie, les
machines n’acceptent pas des signaux d’entrée d’hypoxie
(FIO2 < 15 %) ou d’hyperoxie (FIO2 > 25 %). Pour des évaluations très spécialisées (test hypoxique d’évaluation du risque de mal aiguë des montagnes, test en hyperoxie du
patient hypoxémique) il est nécessaire d’apporter des modifications à la plage de mesure de l’ergospiromètre.
Débit (l.s-1)
Seuil de volume
Seuil de bruit
Temps (s)
Expiration
Fig. 5.
Seuil d’intégration du signal ventilatoire. Afin de ne pas être parasité par des micro changements ventilatoires, deux seuils sont fixés
pour l’intégration du débit. Un seuil de bruit en dessous duquel il
n’y a pas d’intégration des signaux, il correspond au bruit de fond
du pneumotachographe et de l’ergospiromètre. Un seuil de volume
qui, lorsqu’il est atteint, confirme la phase du cycle respiratoire (inspiration ou expiration).
Lecture des signaux
Pour l’intégration de l’analyse des gaz et des débits ventilés, le pneumotachographe doit identifier la phase du cycle
respiratoire (inspiratoire, expiratoire). Cependant, afin d’éviter les erreurs engendrées par des changements minimes du
débit, un seuil est fixé en-dessous duquel il n’y a pas intégration du cycle inspiratoire ou expiratoire.
Présentation des résultats
Le compte-rendu présente les informations qui permettent une interprétation intégrée des résultats. Il est nécessaire
de préciser l’indication de l’EFX, le traitement suivi (en particulier les traitements pouvant limiter la tolérance à l’exercice,
comme les β bloquants), la raison de l’arrêt de l’exercice et
éventuellement la motivation du sujet. Le rapport de l’EFX
comprend des résultats numériques et des graphiques permettant de juger à la fois de la tolérance globale de l’exercice
et de décrire les réponses fonctionnelles. À titre médicolégal,
il est recommandé de fournir des tracés ECG, montrant
l’évolution du segment ST moyenné au cours de l’épreuve.
Ces tracés sont disponibles de façon automatique sur les
appareils couplant ECG et ergospiromètre.
Les valeurs numériques
Fig. 4.
Moyennage des données obtenues cycle par cycle. Les données obtenues cycle par cycle sont secondairement moyennées. Plusieurs
techniques de moyennage sont utilisées. Le diagramme reprend
trois de ces techniques. La moyenne polynomiale lisse beaucoup
trop de valeurs pour être utilisée. Les différences restent minimes
entre les deux autres techniques employées.
Les résultats chiffrés concernent trois moments choisis
de l’exercice. Généralement, il s’agit des valeurs enregistrées à
la fin de la période d’échauffement (ou au repos), à l’exercice
maximal (valeurs « pic ») et à un point intermédiaire entre les
deux valeurs précédentes. Cette valeur intermédiaire peut être
le seuil ventilatoire lorsqu’il est repérable. Le plus souvent les
mesures enregistrées à l’échauffement sont préférées à celles
de repos, car non « parasitées » par le stress lié à la préparation
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B. Aguilaniu et coll.
de l’EFX. Ce rapport permet de juger globalement l’évolution des différentes grandeurs physiologiques mais il est souvent nécessaire d’analyser ces réponses avec plus de données
numériques ou avec l’aide d’une représentation graphique (cf.
Rapport Numérique).
Les normes
Il est tentant pour le clinicien de se référer à des valeurs
de référence pour repérer l’anormalité d’une grandeur mesurée. Par abus de langage, ces valeurs de référence sont dénommées « valeurs théoriques, prédites ou normes ». On retrouve
dans la littérature, une série d’équation de prédiction pour les
principales grandeurs enregistrées à l’exercice maximal,
notamment de VO2MAX. Néanmoins les auteurs de ces équations soulignent les erreurs d’interprétation inévitables
lorsqu’on compare les résultats d’une EFX à une série de
valeurs « normales » Ces équations seront regardées avec prudence car elles apportent essentiellement une information
partielle sur la population généralement limitée qui a été étudiée. Les valeurs prédites constituent seulement un repère
utile pour les investigateurs débutants, et ne doivent en aucun
cas se substituer à l’analyse intégrée des réponses fonctionnelles et à l’interrogatoire méticuleux sur les activités physiques
habituelles du sujet. De plus, une analyse récente des différentes normes (dans [6]) montre que les études ayant établi ces
équations sont critiquables et ne satisfont pas aux critères de
qualité requise pour l’établissement de valeurs physiologiques
de référence. Les séries utilisées en référence sont généralement celles de Jones et coll. [69] et Hansen et coll. [70].
Les graphiques (tableau IX)
La chartre graphique standard minimale représente en
abscisse le temps, la puissance mécanique (watts) ou la puissance métabolique (VO2). En ordonnée on représentera VO2,
VCO2, VE ou FC. Le début et l’arrêt de l’exercice doivent
être repérables ainsi que le temps correspondant au seuil ventilatoire. Selon la question posée, d’autres représentations
peuvent être utile montrant par exemple l’évolution de VD/
VT ou du pouls d’oxygène ou permettant de repérer par plusieurs critères le SV (annexe 10).
Tableau IX.
Proposition de graphiques représentant les relations entre différentes grandeurs mesurées au cours d’une EFX (d’après [6] [71]).
Ordonnée (Axe y)
VO2
Abscisse (Axe x)
Watts, Temps, VCO2
VE
Watts, Temps, VCO2
VT et FR
Watts, Temps, VE
FC et VO2/FC
Watts, Temps, VO2
VE/VO2 et VE/VCO2
Watts, Temps
VD/VT
Watts, Temps, VE
P(A-a)O2, SaO2, PETO2, PETCO2 Watts, Temps, VO2
RER
2S132
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Watts, Temps
D’autres graphiques peuvent illustrer préférentiellement
les réponses ventilatoires ou hémodynamiques. Enfin, une
charte graphique spécifique peut être utile pour apprécier les
contraintes ventilatoires (superposition de VTEXERC. et
Courbe débit volume maximale) ou la cinétique de l’hyperinflation dynamique.
Les comparaisons évolutives
Chez un même patient dont la réponse à l’exercice est
mesurée régulièrement, il est utile d’illustrer l’évolution avec
le temps des différentes grandeurs numériques au pic de
l’exercice: puissance (VO2, FC, VE, VT, RER, lactate) et au
niveau du seuil ventilatoire (VO2, FC, VE/VO2 et VE/
VCO2). Les représentations graphiques de la cinétique des
grandeurs sont intéressantes pour juger de l’évolution précoce
et progressive de certaines lésions (fig. 6).
L’EFX à puissance constante
L’EFX incrémentale permet de déterminer la puissance
maximale aérobie (PMA) et de juger de la normalité des
réponses fonctionnelles observées au cours d’un exercice à
puissance croissante. L’exercice à puissance constante est la
situation expérimentale la plus adaptée pour comprendre et
analyser les réponses physiologiques ventilatoires et métaboliques. Divers protocoles sont possibles en fonction des pathologies concernées ou des questions physiologiques évoquées.
EFX « Ventilatoire » (fig. 7)
L’exercice d’intensité sous maximale d’état stable permet
d’étudier chez un individu, comme pour un groupe de
patients, les relations entre les symptômes et les paramètres de
la mécanique ventilatoire, compte tenu de la reproductibilité
intra -individuelle des mesures obtenue dans ces conditions
[6]. L’augmentation du volume courant d’exercice peut être
observée à partir de courbes « débit-volume » de dimensions
croissantes appelées alors VTEXERC. La superposition de la
courbe débit -volume maximale du sujet et des VTEXERC. permet de repérer visuellement le moment où les débits expiratoires (ou inspiratoires) observés pendant l’exercice rejoignent les
débits maximaux générés par le système respiratoire (courbe
enveloppe). Pour effectuer cette superposition, il est nécessaire
de connaître le niveau de volume pulmonaire de fin d’expiration correspondant au VTEXERC. considéré. Ce volume pulmonaire télé expiratoire (VPTE ou EELV « End Expiratory
Lung Volume ») est estimé en effectuant une mesure de la
capacité inspiratoire à la fin de l’expiration spontanée [72].
En effectuant des mesures répétées de capacité inspiratoire, il est donc possible de savoir si l’hyper inflation dynamique est progressive ou brutale, tolérée ou responsable de
blockpnée [64, 67, 73, 74].
L’épreuve dite « d’endurance » bien qu’elle ne mesure pas
l’endurance au sens strict du terme, est une alternative qui
vise à soutenir, le plus longtemps possible, une puissance de
travail fixe mais non maximale. En laboratoire, le résultat du
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Fig. 6.
Réponse ventilatoire et mode ventilatoire d’un patient suivi 3 années consécutives pour une fibrose interstitielle idiopathique. Entre 2003 et
2004, on observe une réponse ventilatoire identique alors que l’expansion du volume courant (VT) a significativement diminué. En 2005, on
observe une augmentation de VE pour une puissance identique en rapport avec une aggravation de l’hématose alors que la restriction et la
compliance pulmonaire du poumon au cours de l’exercice est inchangée comme en témoigne la stabilité de la réponse VT versus VE.
plus sensible que les paramètres recueillis au cours des tests
maximaux de laboratoire ou de terrain pour apprécier l’effet
d’une intervention thérapeutique, que ce soit un médicament, un programme d’entraînement ou l’oxygénothérapie.
Cette épreuve d’endurance peut être couplée aux mesures
ventilatoires précédemment décrites.
L’EFX « Métabolique »
Fig. 7.
Exemple de distension pulmonaire chez un patient BPCO. On
constate que la limitation expiratoire de débit est surestimée par la
courbe débit-volume maximale. Les volumes courants successifs,
correspondant à des débits ventilatoires croissants (de 18 à
50 L.min-1), montent progressivement dans le volume de réserve
inspiratoire.
test sera la durée soutenue appelée « temps d’endurance », ou
aussi « temps limite ». L’intensité de travail correspond a lors à
un pourcentage fixe (75 %) de la puissance maximale de travail réalisée préalablement au cours d’une épreuve d’exercice
incrémentale. Plusieurs études [14,75] confirment que le
temps d’endurance est très reproductible et significativement
La réponse métabolique peut être appréhendée en
mesurant la consommation d’oxygène et le quotient
d’échange gazeux respiratoire (RER), et en observant la cinétique de la lactatémie au cours d’un exercice à puissance relative modérée. La mesure de VO2 au cours d’un état stable
permet de calculer le rendement net et global [28, 76].
Cependant pour mettre en évidence une modification du
rendement mécanique, il serait plus judicieux de calculer le
delta rendement [29, 77] qui nécessite de mesurer VO2 à
deux ou trois niveaux de puissance mécanique différente, ce
qui est plus difficile à organiser en pratique. De plus l’intérêt
clinique de la mesure du rendement mécanique n’est pas évalué. Cette mesure reste donc réservée à des situations médicales sélectionnées.
Au cours de cette exercice à charge constante il est aussi
possible de calculer les débits d’oxydation des lipides et des
glucides [60,61] bien que cette application ne soit pas utilisée
en pratique clinique. L’accumulation sanguine de lactate au
cours d’un exercice à puissance constante est le reflet de l’augmentation du potentiel redox mitochondrial représenté par le
couple redox Lactate-Pyruvate. L’augmentation du potentiel
redox est nécessaire pour faire « respirer » la mitochondrie, en
d’autres termes pour alimenter en charges électroniques l’oxydation phosphorylante. Pour une puissance relative modérée
(50 % de la PMA), la lactatémie ne s’élève généralement pas
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au-dessus de 3 mmol.L-1 et reste stable entre la 5e et
20e minutes [78, 79]. Cette situation indique que le rendement métabolique de l’oxydation phosphorylante (production d’ATP) est ajusté à la demande métabolique et que la
régulation de la production d’énergie aérobie est obtenue
pour un niveau de potentiel redox musculaire stable. Ainsi
l’augmentation de la lactatémie au-delà de 5 mmol.L-1 au
cours d’un exercice de 20 minutes d’intensité relative modérée (50 % de la PMA) est compatible avec une altération de la
respiration mitochondriale (dysfonction, déficit, déconditionnement avancé) et peut être un argument fonctionnel déterminant pour décider d’une biopsie musculaire.
Le test de recherche du bronchospasme
induit par l’exercice
Le bronchospasme induit par l’exercice est une manifestation particulière de l’asthme, qui survient généralement au
décours d’un exercice de puissance élevée. La littérature rapporte deux termes qui ne recouvrent peut-être pas la même
entité [80-82] :
• L’asthme induit par l’exercice (AIE), ou asthme
d’effort, chez un sujet traité pour des crises d’asthme spontanées habituelles.
• Le bronchospasme induit par l’exercice (BIE), où seul
l’exercice, souvent de forte intensité, provoque une blockpnée
et-ou des sifflements respiratoires, alors que le sujet ne fait pas
de crise d’asthme spontanée.
Le mécanisme du bronchospasme d’effort n’est pas complètement élucidé, avec deux théories principales non exclusives l’une de l’autre. La théorie de l’hyperosmolarité à la
surface des voies aériennes est liée à la perte d’eau par la
muqueuse. Elle favoriserait la libération cellulaire de médiateurs pro-inflammatoires, aboutissant à une bronchoconstriction [83]. La théorie du réchauffement des voies aériennes
propose que le refroidissement induit par l’hyperventilation,
avec une congestion vasculaire, un œ dème muqueux provoque secondairement une libération de médiateurs inflammatoires et bronchoconstricteurs [84].
Indications
La confirmation simple d’un asthme d’effort chez un
patient asthmatique connu ne justifie pas en général un test
d’exercice. On retiendra essentiellement les indications suivantes pour la recherche d’un AIE :
1. Confirmation du diagnostic de bronchospasme chez
un sujet dont la dyspnée post exercice est atypique,
2. Évaluation d’une thérapeutique préventive de l’AIE.
3. Établir formellement le diagnostic de l’AIE chez un
sportif, de compétition pour justifier les thérapeutiques antiasthmatiques.
4. Évaluation de la tolérance à l’exercice chez un asthmatique connu ayant une pratique sportive (dans ce cas il s’agit
plutôt d’une EFX incrémentale classique).
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Pratique du test
Le test de recherche d’AIE est un test particulier de
recherche d’une hyperréactivité bronchique (HRB). Il doit
répondre aux mêmes exigences que les tests d’HRB non spécifique, en particulier concernant la fonction respiratoire de
base (VEMS de base > 70 % de la théorique), les conditions
de sécurité (expérience du médecin et du technicien réalisant
le test, matériel de réanimation et médicaments adaptés
immédiatement disponibles), l’arrêt éventuel des thérapeutiques anti-asthmatiques dans un délai correct (8-12 h pour les
bronchodilatateurs d’action rapide, 24-48 h pour ceux
d’action prolongée) [85]. De même pour ce qui concerne les
précautions à prendre dans le domaine cardiovasculaire, les
conditions identiques aux autres épreuves d’effort doivent être
respectées. Les grandeurs respiratoires choisies pour déterminer l’obstruction bronchique (VEMS, débits expiratoires
maximaux en fonction du volume, résistances des voies
aériennes), doivent être mesurées avant et après l’exercice
(1, 3, 5, 10, 15 et 20 minutes après l’arrêt).
Deux types d’épreuve peuvent être utilisés, les épreuves
de terrain, reproduisant l’exercice à l’origine des manifestations respiratoires, ou l’épreuve standardisée de laboratoire.
L’épreuve de terrain, peut être, pour certains sports, difficile à
réaliser à proximité d’un laboratoire. Elle a l’inconvénient de
ne pas être standardisée, de ne pas connaître la puissance de
l’exercice, et le s conditions physiques de l’air inspiré (humidité, température). À l’inverse, l’épreuve de laboratoire est
standardisée, mais l’exercice proposé est souvent éloigné de la
pratique sportive et des conditions environnementales responsables des symptômes.
Protocole d’exercice standardisé
Comme on l’aura compris, l’essentiel dans ce test est
d’augmenter la ventilation du sujet de manière suffisante pour
provoquer la bronchoconstriction recherchée. Ceci implique
une stimulation ventilatoire brutale qui provoque une déperdition d’eau et de chaleur au niveau de la muqueuse bronchique. Ces conditions justifient un exercice intense et court,
sans échauffement, si possible utilisant un air sec et-ou froid.
Au cours de ce test, il n’est pas nécessaire de mesurer les
échanges gazeux. Il est par contre souhaitable de vérifier le
niveau de ventilation atteint et indispensable de surveiller la
fréquence cardiaque. Ainsi pour un exercice sur bicyclette
ergométrique on proposera :
1. L’absence d’échauffement
2. Ventilation en air sec (air comprimé mural ou bouteille) à température ambiante (18-22 °C, ou mieux froid,
mais plus compliqué à obtenir). Ceci nécessite un débitmètre
et-ou un ballon intermédiaire de grand volume positionné sur
la partie inspiratoire d’une valve à 3 voies branchée sur la
pièce buccale. En l’absence d’air sec, on imposera une ventilation strictement buccale.
3. Exercice sur bicyclette ergométrique, débuté à 30-50
watts, rapidement incrémenté sur 3-4 minutes pour atteindre
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
une fréquence cardiaque de 80 % de la fréquence cardiaque
maximale théorique, et maintenu en plateau pendant encore
4 min à cette puissance (durée totale 8 min).
4. Le paramètre d’obstruction bronchique choisi sera
mesuré au décours de l’exercice (1, 3, 5, 10, 15 et 20 minutes
après l’arrêt). Le plus habituellement mesuré est le VEMS,
exprimé en % de la valeur de base, une chute de 15 % est
considérée comme une réponse positive. Lorsque la mesure
du VEMS est difficile (chez l’enfant), on peut considérer que
la survenue d’une toux ou de sibilants sont des arguments en
faveur du diagnostic.
S. Anderson et coll. [86] ont récemment proposé une
standardisation simple du test d’exercice pour amener le sujet
rapidement à une ventilation cible de 50-60 % de la ventilation maximale théorique (VMV = VEMS x 35). Chez des
sujets non entraînés, pour atteindre cette ventilation, la puissance mécanique à atteindre sur la bicyclette ergométrique
peut être calculée grâce à l’équation suivante :
Puissance (W) = (53,76 x VEMS Théorique) - 11,07
Ainsi on peut commencer l’exercice à 60 % de la puissance cible pendant la 1ère min, puis 70 %, 90 % et 100 % les
2, 3, 4e minutes, avec maintien de la puissance pendant 4 min
supplémentaires. En terme de fréquence cardiaque, ce protocole permet d’atteindre 80-90 % de la fréquence cardiaque
maximale théorique. Ce protocole a l’avantage de standardiser
l’épreuve d’exercice de façon très satisfaisante et relativement
simple. Le mode d’évaluation de la réponse bronchique, en
terme de paramètre(s) à mesurer (expiration forcée, résistances des voies aériennes, etc…) sort de l’objet de ce paragraphe
consacré plutôt à l’épreuve d’exercice elle-même. Une adaptation similaire peut être proposée pour un test d’exercice sur
tapis, cependant il n’y a pas à notre connaissance de proposition précise de ce type dans la littérature. Le principe reste le
même, pas d’échauffement, montée rapide en vitesse puis plateau une fois atteinte une FC de 80-90 % de la valeur prédite.
L’EFX chez l’enfant et l’adolescent
L’évaluation des adaptations cardio-respiratoires et métaboliques à l’exercice chez l’enfant pose des problèmes spécifiques, d’ordre technique et méthodologique (voire éthique si
l’examen devient invasif ). D’autre part elle peut être justifiée
par des indications particulières absentes chez l’adulte.
Indications
Les indications de l’EFX concernent l’enfant (et l’adolescent) sain et malade.
L’enfant sain
Il peut justifier d’une EFX pour des raisons d ‘évaluation, de suivi, voire de programmation d’entraînement dans
un cadre sportif (sport étude et haut niveau). Ces explorations
sont le plus souvent réalisées par des médecins du sport expérimentés, dans des plateaux techniques agréés pour les sportifs
de haut niveau. L’objectif est de déterminer et de suivre le
VO2MAX et la puissance ou vitesse maximale aérobie associée.
Ces explorations physiologiques doivent être orientées
en fonction de la spécificité de la pratique sportive et de la
nécessité du suivi médical et -ou des effets de l’entraînement,
de l’âge de l’enfant ou de l’adolescent, de son stade de développement pubertaire. Elles nécessitent des outils adaptés, à la
taille et à la morphologie de l’enfant, mais aussi à la pratique
sportive, de façon à permettre une évaluation pertinente des
capacités physiques du sujet. Cette évaluation nécessite une
expertise particulière, et pose très souvent le problème des
normes dans cette population [34, 87-89]. Enfin, comme
chez l’adulte, ces examens entrent parfois dans un cadre réglementaire plus large de suivi médical longitudinal spécifique à
chaque discipline sportive.
L’enfant et l’adolescent malade
Les indications classiques sont le diagnostic de l’asthme
d’effort [90, 91], l’évaluation du handicap respiratoire, dans
les séquelles de pathologie respiratoire néonatale dont la dysplasie broncho-pulmonaire [92, 93], et la surveillance des cardiopathies congénitales.
L’évolution des thérapeutiques et de la prise en charge
du handicap respiratoire chronique a ouvert le champ à de
nouvelles indications de l’EFX. Par exemple, la prise en
charge globale de la mucoviscidose implique l’évaluation du
handicap respiratoire mais aussi de la dysfonction musculaire
secondaire et de la qualité de vie. L’intérêt d’une évaluation à
l’exercice pou r ces patients motivés pour une pratique physique reste primordial car le pronostic et l’évolution de la maladie sont en partie liés au maintien d’une activité physique
adaptée [94-96]. Cette prise en charge concerne aussi les
patients ayant bénéficié d’une greffe pulmonaire dont le suivi
justifie une évaluation séquentielle des réponses cardiorespiratoires et métaboliques pour mieux adapter les thérapeutiques.
Les fibroses pulmonaires et les maladies de système à
retentissement pulmonaire, rares chez l’enfant, relèvent aussi
d’une évaluation fonctionnelle de repos et au cours de l’exercice à titre diagnostic et thérapeutique (prescription d’oxygénothérapie par exemple).
Les patients atteints de maladies hémato -oncologiques
présentent fréquemment des altérations de la fonction respiratoire, liées au traitement (chimiothérapie, radiothérapie, greffe
de moelle), qui impliquent une évaluation fine de la fonction
cardio-respiratoire, tant au repos qu’à l’exercice [97, 98].
La suspicion de maladie musculaire métabolique justifie
un bilan, spécialisé, qui inclue une évaluation de la tolérance à
l’effort. Cette exploration physiologique associée à des déterminations dans le plasma des différents métabolites énergétiques et des enzymes qui leur sont liées permettra de discuter
l’indication d’une biopsie musculaire dont l’examen relève
d’équipes très spécialisées [99].
De même, on ne saurait envisager aujourd’hui la prise en
charge correcte des dysfonctions métaboliques et-ou endocriniennes, telles que le diabète et l’obésité, sans une évaluation
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B. Aguilaniu et coll.
pertinente de la réponse adaptative à l’exercice physique
[100-102].
La diversité des indications portées chez l’enfant sain et
malade rend compte de la nécessité d’adapter les protocoles
aux questions posées. Quelques revues récentes ont été
publiées à ce sujet [40, 103-105]).
Les paragraphes suivants insisteront sur les spécificités de
ces tests chez l’enfant et l’adolescent par rapport à l’adulte.
Sécurité et conditions de réalisation
Comme chez l’adulte, l’EFX sera le plus souvent précédée par une EFR et un ECG, éventuellement par une échocardiographie. Elle sera réalisée après un interrogatoire et un
examen clinique complet, permettant de confirmer l’indication et de repérer les contre -indications de sécurité. Le médecin responsable de l’examen, et les techniciens qui le réalisent,
doivent être expérimentés spécifiquement aux épreuves
d’exercice et plus généralement à la prise en charge des
enfants. La salle d’examen doit être équipée d’un matériel de
réan imation pédiatrique adapté.
Bien que la course soit l’exercice le plus naturel, en laboratoire c’est l’ergocycle qui est le plus utilisé après 7-8 ans car
il n’existe pas d’ergocycle adapté à des tailles inférieures à 125130 cm. Ce choix est justifié par une incrémentation en puissance plus souple, par la meilleure qualité des signaux
recueillis, par la facilité des prélèvements sanguins et par une
plus grande sécurité. Si l’on opte néanmoins pour un exercice
sur tapis roulant, une attention particulière doit être portée à
la sécurité (port de harnais ou présence d’une personne derrière le sujet sur le tapis). Enfin, il ne faut pas omettre d’ajuster le volume de l’espace mort du pneumotachographe à la
dimension corporelle de l’enfant.
Protocoles standardisés et grandeurs mesurées
Il est indispensable de pouvoir évaluer de la façon la plus
précise possible le stade de maturation, à partir des différents
critères proposés dans la littérature (5 stades de Tanner
[106-108]) (annexe 11) pour évaluer les réponses physiologiques à l’exercice chez l’enfant/adolescent. En effet ces sources
de variabilité biologique interfèrent avec les capacités à l’exercice et doivent être reconnues avant de statuer sur de possibles
« anomalies » en rapport avec un processus pathologique.
La difficulté majeure de l’EFX chez l’enfant et l’adolescent est liée à la variabilité des mesures, intra et interindividuelle. Cette variabilité est la marque d’un organisme qui se
transforme, sous l’effet de mécanismes biologiques complexes
de croissance et de maturation. Les changements morphologiques les plus évidents sont les variations de la taille et de la
masse corporelle, mais aussi les rapports taille assis/debout
(évolution progressive de la dimension des membres inférieurs et du tronc), masse/surface corporelle, masse/maigre/
masse grasse. Toutes ces grandeurs évoluent de façon différente en fonction du sexe, et au cours de la croissance en fonction du stade pubertaire. La maturation sexuelle, liée à la
sécrétion hormonale de l’axe hypothalamohypophysaire et
2S136
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
gonadique va entraîner des changements importants en termes de croissance, de développement des caractères sexuels
primaires et secondaires, qui par eux-mêmes peuvent modifier les adaptations physiologiques à l’exercice. Elle joue aussi
un rôle majeur dans les modifications de la composition corporelle (répartition de la masse musculaire, distribution de la
masse grasse, répartition de l’eau dans les différents compartiments), et au niveau du métabolisme glucido-lipidique qui ne
sont pas sans conséquence sur le comportement à l’exercice.
En raison de la maturation plus ou moins différée, l’âge chronologique n’est pas toujours en adéquation avec l’âge biologique. Or c’est bien ce dernier qui détermine la maturation des
fonctions cardio-respiratoires, métaboliques, enzymatiques
ainsi que l’expression de la force musculaire, facteurs déterminants pour la performance physique [109].
Enfin, comme chez l’adulte, il faut ajouter que la variabilité de la pratique physique chez l’enfant et l’adolescent,
allant du sédentaire adepte de jeux vidéo au sportif de haut
niveau, ajoute encore à la variabilité de l’adaptation physiologique à l’exercice. Il s’agit donc d’une information capitale à
prendre en compte dans l’interprétation des résultats.
Un protocole de test d’exercice chez l’enfant/adolescent
doit répondre aux exigences suivantes [110] :
• Le test doit être sécurisé au mieux, reproductible,
adaptable à des enfants d’âges, de tailles et de capacités physiques très variés.
• Le protocole doit permettre une mesure précise des
grandeurs physiologiques à tous les niveaux d’exercice.
• Ne pas être trop long (risque d’ennui, de démotivation
et de non atteinte des valeurs maximales), ni trop court (risque de trop forte intensité). Au-delà d’ une durée optimale
8-12 min, la signification des valeurs maximales obtenues
(hormis la FC) est sujette à caution.
• L’incrémentation doit être identique (régulière) en
puissance et en durée au cours du test.
• Le test doit explorer les limites cardiovasculaires et respiratoires plutôt que la force musculaire périphérique.
L’échauffement (3-6 min à faible puissance) est indispensable, sauf pour les tests de recherche d’asthme induit par
l’exercice. Le temps d’échauffement dépend de l’âge, de la
pathologie, mais en moyenne on cherche une augmentation
de la fréquence cardiaque.
L’incrémentation doit être adaptée à la puissance maximale attendue (donc au sexe, à l’âge biologique et au niveau
d’entraînement). Tanner et coll. [108] proposent pour une
puissance maximale de 3,5 watts.kg-1 chez les garçons et
3 watts.kg-1 chez les filles, pour un test de 10 min sur bicyclette ergométrique, d’utiliser les incréments suivants :
• 0,35, 0,70, 1,05 W.kg-1 pour des paliers respectifs de
1, 2 et 3 min chez le garçon
• 0,30, 0,60, et 0,90 W.kg-1 pour les mêmes paliers chez
la fille.
La définition de l’effort maximal n’est pas univoque chez
l’enfant (et encore moins chez l’enfant malade). Le meilleur
critère reste l’atteinte de la FC maximale. Cependant les équa-
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
tions habituelles chez l’adulte (220-âge, 210-(0,65 âge)) ne
s’appliquent pas chez l’enfant. En moyenne on considère raisonnable une cible de 200 bpm sur tapis et 195 bpm sur bicyclette, avec cependant de larges variations inter -individuelles
(± 5-10 bpm). Chez l’enfant indemne de pathologie cardiaque, l’atteinte de la fréquence cardiaque maximale (FCmax)
et l’épuisement clinique paraissent les deux meilleur s critères
quand le plateau de VO2 n’est pas observé [105, 111, 112].
En effet, chez l’enfant le plateau de VO2 n’est pas toujours obtenu, malgré un effort maximal, le pic de VO2
(VO2pic) est alors pris en compte comme équivalent à
VO2max [113]. Il faut privilégier l’obtention du VO2 sur la
puissance [113]. Le plateau de consommation maximale
d’oxygène est obtenu, selon les études, dans 20 à 60 % des cas
[110, 111]. La reproductibilité des mesures de VO2max est
bonne (coefficients de corrélation de 88-0,94 sur bicyclette
ergométrique, légèrement moins bonne sur tapis (0,87 0,90), dans des populations d’enfants de 11-14 ans [105].
Le quotient respiratoire (RER) augmente au cours de
l’effort, et est souvent utilisé comme index d’effort maximal.
Une valeur d’environ 0,85 est banale au repos et > 1,0 à
l’effort maximal chez l’adulte. Là aussi une plus grande variabilité existe chez l’enfant, avec des valeurs plus faibles (mais
forcément > 0,7) chez l’enfant prépubertaire. Toutes les grandeurs mesurées chez l’adulte peuvent en moyenne être déterminées chez l’enfant pour les tests d’effort pratiqués après
l’âge de 7-8 ans.
Pour la plupart des grandeurs ventilatoires nous ne disposons pas de normes solidement établies sur des échantillons
suffisamment grands de population. Les normes de VO2MAX
les plus utilisées sont anciennes [114] (tableau X), mais il
existe des données plus récentes Françaises plus récentes
[87-89]. On peut retenir que, pour des individus non entraînés, le VO2MAX est en moyenne, jusqu’à 12-13 ans, de
47 ml.min-1.kg-1 chez le garçon et 40 ml.min-1.kg-1 chez la
fille. Au-delà de 13 ans, on constate une diminution de
VO2MAX chez la fille mais cette grandeur augmente encore
chez le garçon (annexe 12).
Ainsi on retiendra qu’en dehors de spécificités liées aux
indications, et au matériel utilisable, les EFX réalisées chez
l’enfant et l’adolescent, nécessitent de prendre en compte trois
paramètres sensibles que sont le stade pubertaire et la croissance, la masse corporelle (sa composition masse maigre/
masse grasse) et l’activité physique habituelle. En effet ces
paramètres sont à l’origine d’une grande partie de la variabiTableau X.
37
VO2MAX
ml.min-1.min-1.kg-1 moyenne ± sd
42 ± 6 50 ± 8 38 ± 7 34 ± 4
Limite inférieure intervalle
Confiance à 95 %
32
26
Ce texte a volontairement abordé la méthodologie de
l’EFX de manière pragmatique pour un usage médical. Il a
pour but d’aider les praticiens et les techniciens à respecter les
exigences méthodologiques nécessaires pour produire des
résultats fiables et reproductibles pour l’interprétation diagnostique des indications résumées dans le tableau 1.
On peut cependant aborder l’EFX avec moins de complexité et donc moins d’exigences selon la nature des questions
auxquelles on souhaite répondre et bien sûr selon le type de
pathologie. La sobriété des moyens d’investigation va généralement de pair avec une moindre complexité technique, mais
paradoxalement elle nécessite une expertise supérieure de la
physiologie et de la clinique pour estimer avec justesse ce qui
n’est pas directement mesuré. Cette position (moins de mesures, plus de réfle xion et de connaissances), applicable à de
nombreux domaines de la médecine n’est paradoxale en fait
que par ses corollaires : 1) plus on a accès à des mesures sophistiquées, moins on a le temps d’investir sur la connaissance.
2) l’acte intellectuel est moins rémunéré que l’acte technique.
Pour ces raisons, nous avons pensé qu’il était utile de détailler
la compréhension de la méthodologie de l’EFX pour les praticiens impliqués dans cette exploration mais aussi pour ceux
qui n’ont pas encore accès à un plat eau technique sophistiqué.
D’autres approches, plus simples, peuvent être proposées comme le suggère la nouvelle nomenclature CCAM V2
(annexe 13). Par exemple, la mesure des gaz du sang à l’effort,
le test de marche avec oxymétrie, ou encore la mesure de VO2
avec éventuellement une mesure des gaz du sang. Toutes ces
approches ont des indications limitées qui recoupent partiellement celles de l’EFX. L’important est de comprendre précisément ce que l’on explore et de tirer les conclusions adaptées
à ce qui est réellement observé.
Références
1
2
3
5
Nombre de sujets
37
24
En conclusion
4
Valeurs normales de VO2MAX établies chez l’enfant
Cooper et coll. Am Rev Respir Dis 1984, 129:S47-S48.
21
lité des résultats observés et sont indispensables à une interprétation correcte des données [89, 104, 112].
27
27
6
7
Aguilaniu B, Flore P, Maitre J, Page E : Usage diagnostique de la consommation d’oxygène et des échanges gazeux au cours de l’épreuve
d’exercice. Rev Mal Respir 1998 ; 15 : 575-87.
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Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexes
Annexe 1
Information et Fiche de Consentement Informé
Annexe 2
Avantages Vélo versus Tapis
Annexe 3
Étalonnage du Cyclo-ergomètre
Annexe 4
Principes des ergospiromètres
Annexe 5 a
Caractéristiques physico-chimiques des gaz (air ambiant)
Annexe 5 b Facteur de conversion BTPS en STPD
Annexe 5 c
Facteurs BTPS en fonction de la Pression Barométrique
Annexe 5 d Valeurs de la Pression Barométrique en fonction de l’altitude selon les équations de l’Atmosphère Standard
Annexe 6
Principaux types de pneumotachographes
Annexe 7
Etalonnage avec des gaz « étalon »
Annexe 8
Protocoles sur Tapis Roulant
Annexe 9
Valeurs théoriques de VO2
Annexe 10
Exemples de représentations graphiques des résultats
Annexe 11
Classification de Tanner du stade de dé veloppement pubertaire
Annexe 12
Consommation maximale d’oxygène chez l’enfant rapportée dans la littérature
Annexe 13
Analyse du coût de l’EFX
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B. Aguilaniu et coll.
Annexe 1 : Information et fiche de Consentement Informé
Madame, Monsieur
Vous allez réaliser prochainement une Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX). Cet examen permet de mesurer
votre capacité physique à l’effort et d’analyser le fonctionnement de votre système respiratoire, cardiovasculaire et
musculaire. Le but de cet examen est de mieux comprendre les symptômes que vous ressentez pendant l’effort
(essoufflement, fatigue).
Déroulement de l’examen
L’EFX est réalisé sur une bicyclette ergométrique (plus rarement sur un tapis roulant). Après une période de repos,
vous pédalerez pendant trois minutes contre une faible résistance (échauffement) puis la difficulté du pédalage
augmentera progressivement jusqu’à ce que vous atteigniez votre puissance maximale de travail. La durée moyenne
de l’effort est d’environ 10-12 minutes mais l’examen dans son ensemble nécessite une disponibilité d’au moins
1 heure.
Pendant l’examen, une surveillance permanente est effectuée, elle concerne :
• Votre électrocardiogramme.
• Votre pression artérielle.
• Votre ventilation grâce à un masque ou un embout buccal.
• Votre essoufflement et la fatigue de vos membres inférieurs.
• La quantité d’oxygène et l’accumulation d’acide lactique dans le sang, en prélevant au début, pendant et en fin
d’exercice du sang. Ce prélèvement sera réalisé soit au niveau du lobule de l’oreille soit en réalisant une ponction artérielle au niveau de l’artère radiale (poignet). Le choix entre ces deux techniques dépendra de l’avis du
médecin et sera fait avec votre accord.
L’examen est réalisé par un(e) technicien(ne) et par un médecin spécialiste dans un local spécialement aménagé,
dans un environnement adapté vous offrant un maximum de sécurité.
Quelques conseils utiles :
• Ne venez pas à jeun mais si possible mangez au moins 2 heures avant le test.
• Veuillez ne pas fumer depuis la veille de l’examen.
• Munissez vous d’une tenue légère adapter pour l’exercice physique ; survêtement ou short, t-shirt, chaussures
légères sans talon de façon à ne pas être gêné dans vos mouvements.
• Munissez vous d’une serviette de toilette pour vous essuyer après l’exercice, une douche est disponible si vous le
désirez.
• N’oubliez pas les documents médicaux vous concernant (radiographies, ordonnances, courriers, résultats biologiques).
L’EFX comporte-elle des risques ?
La salle d’exercice dispose d’un environnement adapté en cas de complications. Les risques sont peu fréquents (troubles du rythme cardiaque, malaise, chute, complications articulaires ou musculaires) et les complications graves très
exceptionnelles (infarctus, arrêt cardiaque, décès).
Chez les patients coronariens connus ou suspectés, il est fréquent qu’apparaissent, au cours d’un effort, une douleur
transitoire dans la poitrine qui doit être signalée. Cette douleur passe généralement rapidement. On pourrait être
amené à vous donner un traitement pour une résolution plus rapide de celle-ci ou à vous hospitaliser pour une surveillance plus poussée.
Nous nous tenons à votre disposition pour répondre à vos questions avant et après l’examen ; ce document complète
l’information orale qui vous est faite.
2S142
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
CONSENTEMENT DU PATIENT POUR LA REALISATION D’UNE EFX
Le Docteur ............................... m’a donné des informations précises sur les problèmes de santé qui motivaient la
réalisation d’une EFX. Il m’a expliqué de façon simple et intelligible le déroulement de cet examen.
Il m’a clairement indiqué le but de l’examen, l’inconfort possible qu’il est susceptible d’entraîner, ainsi que les risques
et les complications potentiels, non seulement au cours de l’effort mais aussi au décours.
J’ai eu la possibilité de poser des questions et les réponses ont été complètes et satisfaisantes.

Je donne mon consentement
pour que soit réalisé l’examen prévu
dans les conditions ci-dessus

Je ne donne pas mon consentement
Fait à ..........................., le ...........................
Signature
Annexe 2 : Avantages Vélo versus Tapis
Comparaison Cycle-ergomètre versus Tapis roulant
Cycle-ergomètre
Tapis roulant
Accessibilité
Bonne
Parfois difficile (patient)
Surveillance ECG
Bonne
Risque d’artéfacts
Contrôle de la TA
Facile
Difficile voire impossible
Mesure de VO2
Facile
Facile
Plus faible*
Plus élevée* (+ 5 à + 10 % /vélo)
Membres inférieurs principalement
Membres inférieurs et supérieurs
VO2 max
Sollicitation musculaire
Calcul du travail mécanique
Facile
Difficile
Prélèvements sanguins
Facile
Difficile voire impossible
Du patient déconditionné au sportif
cycliste
Avant tout le sujet entraîné
Population
*Le débit d’oxygène consommée (VO2) dépend de la masse musculaire sollicitée. Les efforts réalisés sur tapis roulant entraînent une mise en
mouvement des membres inférieurs et des membres supérieurs alors que sur cyclo-ergomètre la participation des membres supérieurs est réduite.
Le VO2 maximal mesuré chez un sujet sera plus élevé lors des tests réalisés sur tapis roulant (consommation d’oxygène des jambes et des bras).
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S143
B. Aguilaniu et coll.
Annexe 3 : Étalonnage du Cyclo-ergomètre
Deux types d’étalonnages sont réalisés :
 Contrôle statique : du capteur de force du frein à l’aide de poids connus.
 Contrôle dynamique (figure ci-dessous) : réalisé sur banc d’étalonnage qui permet de relever les caractéristiques complètes de la bicyclette ergométrique pour des puissances allant de 0 à 1000 watts et des vitesses
de 10 à 130 t.min-1. Le pédalier est mis en rotation grâce à un moteur additionnel, le stator emboîté sur le
rotor a le rôle d’une balance et permet en déplaçant un poids de calculer avec précision le couple transmis
au pédalier. Le moteur additionnel entraîne le pédalier à une fréquence de pédalage déterminée, sur le vélo
est affichée la puissance désirée, cette puissance est contrôlée par déplacement du poids le long de la barre
de force.
Couple résistant
fixe
Couple moteur
tournant
Watts = Poids * 9,81 * Distance * Vitesse angulaire (rd /s)
Poids
Distance
La figure ci-dessous reprend un montage type d’étalonnage d’une bicyclette ergométrique.
2S144
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 4 : Principes des ergospiromètres
Sac de Douglas
Chambre de mélange
Analyseur cycle à cycle
Analyseur rapide (100-140 ms)
Principe
Les gaz expirés sont recueillis
dans un sac de grand volume
(50 à 150 l) pendant 30
à 60 sec. Secondairement
les fractions d‘O2 et de CO2
sont mesurées.
Les gaz expirés sont collectés
et homogénéisés dans une
« boîte de mélange »
d’un volume de 2 à 5 litres.
A la sortie de la boîte,
un échantillon du mélange
est prélevé pour mesurer
des fractions de gaz
qui sont alors multipliée
par le débit gazeux.
Les gaz sont analysés lors
de chaque cycle respiratoire.
Lors d’une phase du cycle
respiratoire, plusieurs échantillons
vont être analysés et permettre
de distinguer le gaz précocement
expiré du gaz alvéolaire.
Contexte
Méthode de référence,
simple et précise.
Difficile à utiliser en routine.
Beaucoup de manipulations
(un sac pour chaque palier
d’effort)
Simple, mais aujourd’hui moins
d’appareils sur le marché.
Des systèmes mixtes associent
l’analyse cycle à cycle
et la mesure à partir d’une boite
de mélange.
La plus utilisée aujourd’hui, méthode
économique mais réglage complexe.
Nombreuses sources d’erreur.
L’échantillonage (~ 100 Hz) permet
d’obtenir un capnigramme
et un oxygramme et donc les valeurs
de PetO2 et PetCO2
Grandeurs
mesurées
VE, FEO2, FECO2,
VO2, VCO2, RER
VE, FEO2, FECO2,
VO2, VCO2, RER
VE, FEO2, FECO2, VO2, VCO2,
RER, PetO2, PetCO2, VD/VT estimé
Annexe 5 a : Caractéristiques physico-chimiques des gaz (air ambiant)
Caractéristiques physico-chimiques des gaz (air ambiant)
La concentration d’oxygène dans l’air sec est de 20,93 % quelle que soit l’altitude, les autres composants étant l’azote (N 2)
78,08 %, le CO2 0,03 % et un mélange de les gaz (dont gaz rares) pour 0,96 %. La pression atmosphérique diminue avec
l’altitude selon une relation exponentielle. Au voisinage de la mer la pression atmosphérique normale est de 760 mmHg
(Pb = 1 atm = 760 mmHg = 1013 hPa = 1013 mbar = 14,7 PSI). Ainsi la pression en oxygène de l’air est respectivement de 155
et 53 mmHg à une altitude de 243 mètres (PB : 744 mmHg) et de 8488 mètres (PB : 253 mmHg). La vapeur d’eau va modifier
la concentration d’O2 dans le mélange, et, à 37°C en ambiance saturée, la concentration en O2 chute à 19,63 %.
Plusieurs lois physiques permettent de décrire le comportement d’un mélange gazeux en fonction des variations
de sa composition, des pressions (P), du volume (V) et de la température (T).
La pression partielle (Pp) d’un gaz dans un mélange de volume déterminé est la pression qu’exercerait ce gaz
s’il occupait seul ce volume.
La loi de Dalton précise que Pp est égale au produit de sa concentration (F) et de la pression totale Pb du mélange gazeux.
Pp(mmHg) = F(%) × Pb(mmHg)
La somme des pressions partielles de tous les gaz dans un mélange est égale à la pression totale de ce mélange.
Appliqué à l’air ambiant :
Pb = PO2 + PCO2 + PN2 + PH2O + Pgaz rares
Les fluctuations de la PH2O vont influencer les Pp des autres constituants.
La loi des gaz parfaits permet de relier P, V et T par la relation :
P × V = n × R × T(°K)
n : nombre de moles dans VR = 8,314
Les conditions de mesure des gaz
BTPS (fixé) : Body à 37°C, Température corporelle, Pression ambiante, Saturée en vapeur d’eau. C’est la condition physique
du gaz alvéolaire intra thoracique.
STPD (standard) : Standard, Températ ure (0°C ou 273°K), Pression à 760 mmHg, Déshydraté. C’est la condition standard
des chimistes. Tous les volumes d’oxygène et de gaz carbonique mesurés chez un sujet doivent être exprimés en condition STPD.
Cette convention permet de comparer des mesures de VO2 et VCO2 réalisées dans des conditions physiques (altitude,
température, humidité) différentes.
ATPS (Variables) : Ambiant, Température, Pression, Saturée en vapeur d’eau. Dans une cloche spirométrique à eau,
le gaz est saturé en vapeur d’eau et à la température régnant dans la cloche.
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2S145
B. Aguilaniu et coll.
Température
Pression Atmosphérique
Humidité
Pression H2O
Inspiré
Ventilés
VO2 & VCO2
ATP
BTPS
STPD
C
Ambiante
37
0
mmHg
Ambiante
Ambiante
760
%
Ambiante
100
0
mmHg
Ambiante
47
0
Grenoble : Altitude 240 mètres
Température
Pression Atmosphérique
Pression H2O
C
22
37
0
mmHg
742
742
760
0
%
19,73
46,94
mmHg
54
100
0
Volume
L.
50
55,29
44,53
Température
C
-8
37
0
mmHg
253
253
760
0
Humidité
Everest : Altitude 8488 mètres
Pression Atmosphérique
Pression H2O
Humidité
Volume
%
2,3
46,94
mmHg
0,60
100
0
L.
50
71,65
17,11
Exemple de l’influence des conditions ambiantes sur les volumes gazeux calculés selon les conditions ATP, BTPS ou STPD.
Annexe 5 b : Facteur de conversion BTPS en STPD
Facteur de conversion BTPS-STPD
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
200
0,177
0,183
0,189
0,195
0,200
0,206
0,212
0,218
0,224
0,229
250
0,235
0,241
0,247
0,253
0,258
0,264
0,270
0,276
0,282
0,287
300
0,293
0,299
0,305
0,311
0,316
0,322
0,328
0,334
0,340
0,345
350
0,351
0,357
0,363
0,368
0,374
0,380
0,386
0,392
0,397
0,403
400
0,409
0,415
0,421
0,426
0,432
0,438
0,444
0,450
0,455
0,461
450
0,467
0,473
0,479
0,484
0,490
0,496
0,502
0,508
0,513
0,519
500
0,525
0,531
0,536
0,542
0,548
0,554
0,560
0,565
0,571
0,577
550
0,583
0,589
0,594
0,600
0,606
0,612
0,618
0,623
0,629
0,635
600
0,641
0,647
0,652
0,658
0,664
0,670
0,676
0,681
0,687
0,693
650
0,699
0,705
0,710
0,716
0,722
0,728
0,733
0,739
0,745
0,751
700
0,757
0,762
0,768
0,774
0,780
0,786
0,791
0,797
0,803
0,809
750
0,815
0,820
0,826
0,832
0,838
0,844
0,849
0,855
0,861
0,867
800
0,873
0,878
0,884
0,890
0,896
0,902
0,907
0,913
0,919
0,925
0,983
850
0,930
0,936
0,942
0,948
0,954
0,959
0,965
0,971
0,977
900
0,988
0,994
1,000
1,006
1,012
1,017
1,023
1,029
1,035
1,041
950
1,046
1,052
1,058
1,064
1,070
1,075
1,081
1,087
1,093
1,098
1000
1,104
1,110
1,116
1,122
1,127
1,133
1,139
1,145
1,151
1,156
On voit que le facteur de conversion est de 0,826 lorsque la pression barométrique est de 760 mmHg
2S146
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 5 c : Facteur de correction BTPS en fonction
de la Pression Barométrique
Facteurs de correction BTPS en fonction de la Pression Barométrique
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
50
0,003
0,006
0,008
0,010
0,013
0,015
0,017
0,020
0,022
0,024
70
0,027
0,029
0,031
0,034
0,036
0,038
0,041
0,043
0,045
0,048
90
0,050
0,052
0,054
0,057
0,059
0,061
0,064
0,066
0,068
0,071
110
0,073
0,075
0,078
0,080
0,082
0,085
0,087
0,089
0,092
0,094
130
0,096
0,098
0,101
0,103
0,105
0,108
0,110
0,112
0,115
0,117
150
0,119
0,122
0,124
0,126
0,129
0,131
0,133
0,136
0,138
0,140
170
0,143
0,145
0,147
0,149
0,152
0,154
0,156
0,159
0,161
0,163
190
0,166
0,168
0,170
0,173
0,175
0,177
0,180
0,182
0,184
0,187
210
0,189
0,191
0,194
0,196
0,198
0,200
0,203
0,205
0,207
0,210
230
0,212
0,214
0,217
0,219
0,221
0,224
0,226
0,228
0,231
0,233
250
0,235
0,238
0,240
0,242
0,244
0,247
0,249
0,251
0,254
0,256
270
0,258
0,261
0,263
0,265
0,268
0,270
0,272
0,275
0,277
0,279
290
0,282
0,284
0,286
0,289
0,291
0,293
0,295
0,298
0,300
0,302
310
0,305
0,307
0,309
0,312
0,314
0,316
0,319
0,321
0,323
0,326
330
0,328
0,330
0,333
0,335
0,337
0,340
0,342
0,344
0,346
0,349
350
0,351
0,353
0,356
0,358
0,360
0,363
0,365
0,367
0,370
0,372
370
0,374
0,377
0,379
0,381
0,384
0,386
0,388
0,390
0,393
0,395
390
0,397
0,400
0,402
0,404
0,407
0,409
0,411
0,414
0,416
0,418
410
0,421
0,423
0,425
0,428
0,430
0,432
0,435
0,437
0,439
0,441
430
0,444
0,446
0,448
0,451
0,453
0,455
0,458
0,460
0,462
0,465
450
0,467
0,469
0,472
0,474
0,476
0,479
0,481
0,483
0,486
0,488
470
0,490
0,492
0,495
0,497
0,499
0,502
0,504
0,506
0,509
0,511
490
0,513
0,516
0,518
0,520
0,523
0,525
0,527
0,530
0,532
0,534
510
0,536
0,539
0,541
0,543
0,546
0,548
0,550
0,553
0,555
0,557
530
0,560
0,562
0,564
0,567
0,569
0,571
0,574
0,576
0,578
0,581
550
0,583
0,585
0,587
0,590
0,592
0,594
0,597
0,599
0,601
0,604
570
0,606
0,608
0,611
0,613
0,615
0,618
0,620
0,622
0,625
0,627
590
0,629
0,632
0,634
0,636
0,638
0,641
0,643
0,645
0,648
0,650
0,673
610
0,652
0,655
0,657
0,659
0,662
0,664
0,666
0,669
0,671
630
0,676
0,678
0,680
0,683
0,685
0,687
0,689
0,692
0,694
0,696
650
0,699
0,701
0,703
0,706
0,708
0,710
0,713
0,715
0,717
0,720
670
0,722
0,724
0,727
0,729
0,731
0,733
0,736
0,738
0,740
0,743
690
0,745
0,747
0,750
0,752
0,754
0,757
0,759
0,761
0,764
0,766
710
0,768
0,771
0,773
0,775
0,778
0,780
0,782
0,784
0,787
0,789
730
0,791
0,794
0,796
0,798
0,801
0,803
0,805
0,808
0,810
0,812
750
0,815
0,817
0,819
0,822
0,824
0,826
0,829
0,831
0,833
0,835
770
0,838
0,840
0,842
0,845
0,847
0,849
0,852
0,854
0,856
0,859
790
0,861
0,863
0,866
0,868
0,870
0,873
0,875
0,877
0,879
0,882
810
0,884
0,886
0,889
0,891
0,893
0,896
0,898
0,900
0,903
0,905
830
0,907
0,910
0,912
0,914
0,917
0,919
0,921
0,924
0,926
0,928
850
0,930
0,933
0,935
0,937
0,940
0,942
0,944
0,947
0,949
0,951
870
0,954
0,956
0,958
0,961
0,963
0,965
0,968
0,970
0,972
0,975
890
0,977
0,979
0,981
0,984
0,986
0,988
0,991
0,993
0,995
0,998
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S147
B. Aguilaniu et coll.
Annexe 5 d : Valeurs de la Pression Barométrique en fonction
de l’altitude selon les équations de l’Atmosphère Standard
2S148
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0
760
758
756
755
753
751
749
747
746
180
744
200
742
740
739
737
735
733
732
730
728
726
400
725
723
721
719
718
716
714
713
711
709
600
707
706
704
702
701
699
697
696
694
692
800
691
689
687
686
684
682
646
679
677
676
1000
674
672
671
669
668
666
664
663
661
660
1200
658
656
655
653
652
650
648
647
645
644
1400
642
640
639
637
636
634
633
631
630
628
1600
626
625
623
622
620
619
617
616
614
613
1800
611
610
608
607
605
604
602
601
599
598
2000
596
595
593
592
590
589
587
586
585
583
2200
582
580
579
577
576
574
573
572
570
569
2400
567
566
564
563
562
560
559
557
556
555
2600
553
552
550
549
548
546
545
543
542
541
2800
539
538
537
535
534
533
531
530
529
527
3000
526
525
523
522
521
519
518
517
515
514
3200
513
511
510
509
507
506
505
504
502
501
3400
500
498
497
496
495
493
492
491
489
488
3600
487
486
484
483
482
481
479
478
477
476
3800
475
473
472
471
470
468
467
466
465
464
4000
462
461
460
459
458
456
455
454
453
452
4200
450
449
448
447
446
445
443
442
441
440
4400
439
438
436
435
434
433
432
431
430
428
4600
427
426
425
424
423
422
421
419
418
417
4800
416
415
414
413
412
411
410
408
407
406
5000
405
404
403
402
401
400
399
398
397
396
5200
394
393
392
391
390
389
388
387
386
385
5400
384
383
382
381
380
379
378
377
376
375
5600
374
373
372
371
370
369
368
367
366
365
5800
364
363
362
361
360
359
358
357
356
355
6000
354
353
352
351
350
349
348
347
346
345
6200
344
343
342
341
341
340
339
338
337
336
6400
335
334
333
332
331
330
329
328
328
327
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 6 : Principaux Types de Pneumotachographe
Les pneumotachographes sont étalonnés en conditions ambiantes, mais tous les volumes pulmonaires sont exprimés
en condition BTPS.
Différence de pression
Fil chaud
Turbine
La différence
de pression mesurée
dans les capteurs
est proportionelle au débit
Le refroidissement
du fil chauffé est proportionnel
au débit massique
La rotation de l’hélice de la turbine
est proportionnelle au débit
Influence
de la salive
Oui
Oui
Oui
Sensibilité
à la nature
du gaz
Influence
Influence
Peu
Oui
Oui
Non
Principe
Vérification
de la linéarité
de l’offset
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2S149
B. Aguilaniu et coll.
Annexe 7 : Étalonnage avec des gaz « étalon »
Pour l’analyse des échanges gazeux, l’échantillon de gaz prélevé doit être analysé par rapport à une droite d’étalonnage
réalisée grâce à deux mélanges de référence. Les concentrations de ces deux mélanges sont choisies judicieusement.
Elles se situent au niveau des concentrations maximum et minimum que l’on souhaite mesurer. Pour des examens en
normoxie, l’air ambiant pur et sec est un gaz étalon de choix (20,93 % d’O2 et 0,03 % de CO2). Le second mélange
étalon peut être composé d’environ 16 % d’O2 et de 5 % de CO2 ce qui correspond aux concentrations expiratoires,
une précision d’analyse relative de 2 % est alors suffisante.
La dispersion lors de l’étalonnage est moindre lorsque le gaz étalon à une concentration éloignée de celle du gaz de
référence. Sur l’exemple l’O2 à 16 % avec une précision de 2 % est plus précis pour l’étalonnage que l’O2 à 20 % avec
une précision de 1 %.
2S150
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 8 : Protocoles sur tapis roulant
Différents protocoles utilisés pour l’évaluation sur tapis roulant proposent une standardisation des paliers. Dans certains cas, une estimation de la consommation d’oxygène en METs (1 MET = 3,5 ml d’O2kg-1.min-1) est également
proposée. Parmi les autres protocoles développés sur tapis, en particulier en cardiologie, nous pouvons citer : le «
BRUCE modifié » où la pente des deux premiers paliers est plus faible, le « NAUGHTON » pour lequel la pente est
incrémentée toutes les 3 minutes avec une vitesse constante de 3,2 km.h-1 et sa version modifiée avec une vitesse initiale plus faible.
Durée (min)
3
5,1
2
0
2
2
2,4
0
1
-
12
3
7,1
2
2,5
2
2,66
3,2
0
1
-
3
5,5
14
3
10
2
5
2
3,33
3,2
1,5
1
-
4
6,8
16
3
14
2
7,5
2
4
3,2
3
1
-
5
8,1
18
3
15,7
2
10
2
4,66
4
3
1
-
6
8,9
20
3
18,9
-
METs
Pente (%)
10
4,0
Durée (min)
Vitesse (mph)
2,7
2
Pente (%)
METs
Vitesse (km.h-1)
Durée (min)
1
METs
Pente (%)
STEEP
Vitesse (km.h-1)
BALKE
Palier
BRUCE
2
12,5
2
5,33
4
5
1
7
2
15
2
6
4
7
1
-
8
2
17,5
2
6,66
4,8
7
1
-
9
2
20
2
7,33
4,8
9
1
-
10
4,8
11
1
-
11
5,6
11
1
-
12
5,6
13
1
-
13
5,6
16
1
-
14
6,8
16
1
-
15
8
16
1
-
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S151
B. Aguilaniu et coll.
Annexe 9 : Valeurs Théoriques (calculées) de VO2
Valeurs théoriques de VO (mlO2 .min-1) au cours d’un exercice réalisé sur cyclo-ergomètre, pour des puissances de
10 à 450 watts, soit au cours d’un exercice incrémental (10 watts.min-1), soit au cours d’un exercice à charge constante de 4 à 6 minutes. Ces valeurs ont été calculées pour des rendements mécaniques variables (18 à 25 %), ou pour
des pentes d’augmentation de VO2 de 8 à 12 mlO2.Watt-1.
Charge Constante (selon le Rendement)
2S152
Incrément par minute (selon Pente VO2/Watt)
18 %
20 %
22 %
24 %
8,5
10,5
12
0
298
298
298
298
298
298
298
10
460
444
431
415
383
403
418
20
623
590
564
532
468
508
538
30
785
737
697
649
553
613
658
40
948
883
830
766
638
718
778
50
1111
1029
963
883
723
823
898
60
1273
1176
1096
1000
808
928
1018
70
1436
1322
1229
1117
893
1033
1138
80
1598
1468
1362
1234
978
1138
1258
1378
90
1761
1615
1495
1351
1063
1243
100
1924
1761
1628
1468
1148
1348
1498
110
2086
1907
1761
1585
1233
1453
1618
120
2249
2054
1894
1702
1318
1558
1738
130
2411
2200
2027
1819
1403
1663
1858
140
2574
2346
2160
1937
1488
1768
1978
150
2737
2493
2293
2054
1573
1873
2098
160
2874
2616
2406
2153
1658
1978
2218
170
3035
2761
2537
2269
1743
2083
2338
180
3196
2906
2669
2384
1828
2188
2458
190
3357
3051
2801
2500
1913
2293
2578
2698
200
3518
3196
2933
2616
1998
2398
210
3679
3341
3064
2732
2083
2503
2818
220
3840
3486
3196
2848
2168
2608
2938
230
4001
3631
3328
2964
2253
2713
3058
240
4162
3776
3460
3080
2338
2818
3178
250
4323
3921
3591
3196
2423
2923
3298
260
4424
4012
3674
3269
2508
3028
3418
270
4583
4155
3804
3383
2593
3133
3538
280
4742
4298
3934
3498
2678
3238
3658
290
4901
4440
4064
3612
2763
3343
3778
300
5059
4583
4194
3726
2848
3448
3898
310
5218
4726
4323
3840
2933
3553
4018
320
5377
4869
4453
3955
3018
3658
4138
330
5536
5012
4583
4069
3103
3763
4258
340
5694
5155
4713
4183
3188
3868
4378
350
5853
5298
4843
4298
3273
3973
4498
360
6012
5440
4973
4412
3358
4078
4618
370
6171
5583
5103
4526
3443
4183
4738
380
6329
5726
5233
4640
3528
4288
4858
390
6488
5869
5362
4755
3613
4393
4978
400
6647
6012
5492
4869
3698
4498
5098
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 10 : Exemples de représentations graphiques des résultats
VO2
VCO2
2500
2250
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
0
SV
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Charge (Watts)
45
1900
40
Vt (mL)
1700
35
1500
1300
30
1100
25
900
20
30
40
50
60
70
80
FR (min-1)
ml.min+1
Évolution au cours d’un test incrémental de VO2 et de VCO2 en fonction de la charge mécanique (haut, SV : seuil
ventilatoire), du mode ventilatoire en fonction du débit ventilatoire (milieu), et évolution cardio-circulatoire (FC et
VO2 /FC en fonction de VO2 (bas).
20
90 100
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15 x
0,14
VO2/FC
FC min-1)
VE (L.min-1 )
0,13
600
1000
1400
1800
VO2 (ml.min-1)
0,12
0,11
2200
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S153
B. Aguilaniu et coll.
Exemple de détermination du seuil ventilatoire (SV : ligne pointillée) chez un même patient à partir de 3 représentations graphiques différentes. On constate que le graphe du milieu repère plus nettement le SV.
VCO2 (ml.min-1)
2500
2000
1500
1000
500
0
42
40
38
VE/VO2
VE/VCO2
36
34
32
30
28
VE (ml.min-1)
100
0
500
1000
1500
2000
VO2 (ml.min-1)
0
500
1000
1500
2000
VCO2 (ml.min-1)
2500
90
80
70
60
50
40
30
20
2S154
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
2500
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Comparaison de 2 EFX réalisées chez le même patient à quelques mois d’intervalle. Notez les modifications des
réponses de VO2 ou de FC pour la même charge de travail et le changement de relation VO2/VCO2
VO2 (ml.min-1)
2200
2000
1800
1600
test 1
test 2
1400
1200
1000
800
600
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
FC (min-1)
Charge (Watts)
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
test 1
test 2
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
VCO2 (ml.min-1)
Charge (Watts)
2500
2000
1500
1000
test 1
test 2
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
VO2 (ml.min-1)
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S155
B. Aguilaniu et coll.
Comparaison des réponses ventilatoires obtenues lors de 2 EFX réalisées chez un même patient. Notez l’augmentation du débit ventilatoire (VE) à une intensité d’exercice donnée et la modification du mode ventilatoire (VT ml ou
VT/CVF %) lors des 2 tests.
1900
80
70
test 1
test 2
60
50
40
30
20
1500
test 1
test 2
1300
900
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Watts
65
VT % CVF
1700
1100
70
2S156
VT (ml)
VE L.min-1
100
90
60
55
test 1
test 2
50
45
40
35
30
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Watts
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
20
30
40
50
60 70
VE
80
90 100
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 11 : Classifications de Tanner du stade de développement pubertaire
Classification de Tanner
Stades du développement pubertaire
-Filles-
Stade
Âge osseux (moyen-ans)
Développement mammaire
1
< 10,75
Pas de tissu glandulaire
Pas de pilosité
2
10,75
Tissu glandulaire palpable
Quelques poils fins le long
des grandes lèvres.
3
11,75
Augmentation de la taille des seins ;
profil arrondi de l’aréole et du mamelon
Poils publiens
plus pigmentés
4
12,8
Augmentation de la taille des seins ;
le mamelon est surélevé par rapport au sein
Poils plus durs, recouvrant
le mont de vénus
5
14,8
Augmentation de la taille des seins ;
profil arrondi de l’aréole et du mamelon
Poils de type adulte,
s’éten dant vers les cuisses
Stades du développement Pubertaire
Pilosité pubienne
-Garçons-
Stade
Âge osseux (moyen-ans)
Testicules (longueur moyenne)
1
< 10,00
< 2,5 cm
Pilosité pubienne
Pas de pilosité
2
11,75
Augmentation (> 2,5 cm) des testicules ;
amincissem ent du scrotum
Quelques poils
sur le scrotum
3
12,8
3,0 à 3.5 cm ; épaississement du pénis
Poils plus pigmentés,
contournés sur le pubis
4
14,5
3,5 à 4 cm
Poils plus durs sur le pubis
5
16,2
> 4 cm ; taille adulte du pénis
Pilosité de type adulte,
s’étendant vers les cuisses
et la paroi abdominale
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2S157
B. Aguilaniu et coll.
Annexe 12 : Consommation maximale d’oxygène chez l’enfant rapportée
dans la littérature
Tableau I.
Consommation maximale d’oxygène chez l’enfant rapportée dans la littérature.
Auteurs
et Pays
Protocole
Valeurs
Transversale
Tapis roulant G : 54,7 ± 5,6 ml.min-1.kg-1
Pente
F : 40,8 ± 4 ml.min-1.kg-1
Longitudinale
(4 ans)
Tapis roulant
Vitesse
Protocole non
précisé
Tapis roulant
Pente
Protocole non
précisé
Longitudinale
(5 ans)
↑
Macek M
et Vavra J.
Europe Est
Cooper D
et coll.
USA
Eur J Appl
120 G
Non précisé
Physiol 1977 ;
120 F
36 : 75-80.
14-17 ans
Med Sci
20 G en
Sujet entraîné
Sports 1978 ;
3 groupes Intensité non pré3:
10 ans ; 12 ans ;
cisée
200-3.
13 ans
J Appl Physiol
56 G en
1 : 1,511.jour-1,
1978 ; 44 :
3 groupes
5 jours.sem.
666-72
1 : 9,5 ans
2 : 411.sem-1
(n = 7)
3 : Compétition
2 : 12,5 ans
(n = 43)
3 : 14,5 ans
(n = 6)
Int Sport Med
10 G
611.sem-1
1980 ; 1 : 70-2 10.5 ± 0,6 ans
Type
de l’étude
G : 61.5 ± 4 ml.min-1.kg-1
↑
Kobayashi K
et coll.
Japon
Cohortes et Act. Physique
âge au début au moment de
de l’étude
l’étude
↑
Nagle J
et coll.
USA
Daniels J
et coll.
USA
Référence
Après 5 années d’entraînement :
1 : 47,5 → 63,2 ml.min-1.kg-1
2 : 45 → 52,2 ml.min-1.kg-1
3 : 63,4 → 73,4 ml.min-1.kg-1
Transversale Cycloergomètre 52,8 ± 7,8 ml.min-1.kg-1
2 W.kg-1.3 min-1
Transversale Cycloergomètre G1 : 42,6 ± 6 ; G2 = 50 ± 8 ml.min-1.kg-1
2 W.kg-1.3min-1
10 W.min-1
10-13 ans :
15 W.min-1 F1 : 38 ± 7, F2 : 34 ± 48 ml.min-1.kg-1
≥ 14 ans :
20 W.min-1 Décroissance postpubertaire chez F
Mercier J
Int J Sport
38 G
G1 : 711.sem-1 Longitudinale Cycloergomètre 10 ans : G1 = G2 = 50ml/min-1.kg-1
10-14 ans
et coll.
Med 1987 ;
G2 : 1411.sem-1
(2 ans)
30 W.3min-1 11, 12 ans : G1 = 50 ml.min-1.kg-1
France
8 : 26-30.
G2 = 53 ml.min-1.kg-1
13, 14 ans : G1 = 51 ml.min-1.kg-1
G2 = 59 ml.min-1.kg-1
Sunnergardh J Eur J Appl
52 G + 49 F
Absence
Transversale Cycloergomètre G1 : 52 ± 6 ml.min-1.kg-1 (poids total)
et Bratteby L.E. Physiol 1987 ; G1 (8,7 ans),
d’entraînement
: 64 ± 7 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
Suède
56 : 266-72
F1 (8,7 ans)
G2 : Idem (valeur constante avec l’âge)
G2 (13,8 ans),
F1 : 45,9 ± 4 ml.min-1.kg-1 (poids total)
F2 (13,7 ans)
: 60,4 ± 4 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
F2 : 43,7 ± 4 ml.min-1.kg-1 (poids total)
: 58,8 ± 4 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
diminution non significative avec âge)
Bénéfice E
Int J Sports
140G
G1 : < 411.sem-1 Transversale Cycloergomètre G1 : 46 ± 6 ml.min-1.kg-1
et coll.
Med 1990 ; Age : 10-15 ans G2 : 6-1011.sem-1
20 ~ 30 W.min-1 : 57 ± 7 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
France
11 : 456-60.
Compétition
G2 : 50 ± 5 ml.min-1.kg-1
: 61,6 ± 7 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
Docherty D
Int J Sports
23 G + 29 F
Non précisé
Transversale Cycloergomètre G : 54 ± 7 ml.min-1.kg-1 (poids total)
et Gaul CA
Med 1991 ;
Age : 11 ans.
16 W.min-1
: 64 ± 7 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
Angleterre
12 : 525-32
(< 45 kg)
F : 43 ± 5 ml.min-1.kg-1 (poids total)
32 W.min-1
: 57 ± 6 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
(> 45 kg)
Sjödin B et
Eur J Appl
12 G
G1 : Entraîné
Longitudinale Tapis roulant G1 : 64,4 ml.min-1.kg-1
Svedenhag J Physiol 1992 ; Age : 12 ans G2 : Non entraîné
(8 ans)
Protocole non G2 : 160 ml.min-1.kg-1
Suède
65 : 150-7
Quantification ?
Précisé
Constante avec l’âge si facteur de corrélation
= 1 pour sujet entraîné
= 0,75 pour non entraîné
Prioux
Acta Physion
44G
< 211.sem-1
Semi
Cycloergomètre G1 : 50 ± 5 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
et coll.
Scand
G1 : 11,2 ± 0,2 ans
Longitudinale
< 12 ans :
G2 : 54 ± 8 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
France
1997 ; 161 : G2 : 12,9 ± 0,2 ans
(3 ans)
20 W.min-1 G3 : 55 ± 6 ml.min-1.kg-1 (masse maigre)
447-58
G3 : 14,9 ± 0,3 ans
≥ 12 ans :
Augmentation non significative avec
30 W.min-1 l’âge)
J Appl
58G + 51 F :
Physiol : 1984 ;
4 groupes
56 : 628-34. G1 (6-13 ans),
F1 (6-11 ans)
G2 (14-17 ans)
F2 (12-17 ans)
611.sem-1
Légende : G : garçon F : fille : Sem : semaine ; ml : millimitre ; min : minute : kg : kilogramme.
2S158
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160
Méthodologie et Pratique de l’Exploration Fonctionnelle à l’eXercice (EFX)
Annexe 13 : Analyse du coût d’une EFX
Les informations données dans ce paragraphe sont fournies à titre indicatif et nécessitent d’être affinées par chaque
usager. Le coût d’une EFX peut être estimé en prenant en compte le budget d’investissement et les coûts de fonctionnement et un temps moyen de réalisation d’environ 1 heure par examen. Le budget d’investissement est élevé et l’amortissement des matériels est variable. Ce coût peut être diminué si une part du matériel est partagée avec d’autres
usagés. Néanmoins, les équipes ou groupements de médecins qui développent cette activité ressentent rapidement la
nécessité d’une activité minimale en EFX pour répondre à la demande clinique et progresser dans la réalisation et
l’interprétation des examens. À titre d’exemple, les centres spécialisés réalisent en moyenne 15 à 20 examens par
semaine.
Les coûts de fonctionnement sont évidemment proportionnels à l’activité. Notamment les procédures d’étalonnage
interne sont nécessairement plus fréquentes lorsque le matériel est beaucoup sollicité. Le tableau XX rapporte des
coûts de fonctionnement annuels pour une activité moyenne de 10 EFX par semaine augmentant sensiblement le
nombre de consommables tels que Permapur®, gaz étalonnage, etc..,
À ces coûts, on doit ajouter selon le mode d’exercice, les coûts de location d’une salle d’exercice qui réponde aux exigences méthodologiques mentionnées ci-après (local spacieux 10-15 m2, aéré, tempéré). En moyenne le coût locatif
est de l’ordre de 120-170 € le m2 par an ou comptabilisé par certains établissement en terme de % sur le montant de
l’acte réalisé (10 à 20 % ). Enfin, les charges salariales totales lièes au personnel technique sont d’environ 15 à 20 €
l’heure. Bien sûr ce coût est nettement plus élevé si l’examen est réalisé par deux médecins.
Investissement
(€ HT)
Coût de Fonctionnement
(€ HT)
Cyclo-ergomètre électromagnétique
2200
Temps de maintenance mensuel
*Étalonnage/entretien/mise à jour
4 heures
Tapis Roulant
10000
Contrat Maintenance
Ergospiromètre + Ergomètre
2500
Ergospiromètre (EGS)
47 000
Contrat Maintenance
analyseur gaz du sang
2000
Analyseur de gaz du sang (Radiometer)
(incluant cooxymétrie et lactatémie)
pour 20 mesures par jour mesures
11000/an
Masque facial
2 disponibles
Coût unitaire
423
Saturom ètre
1500 à 8000
Embout buccal avec piège salive
5 disponibles
Coût unitaire
44
ECG 12 dérivations
Inclus dans EGS (9410)
12 D visualisation : 3992
3 D Visualisation : 2440
Stérilisation
Coût annuel
Manomètre Pression artériel
Intégrée EGS
3257
Permapur *
5 disponibles
Coût unitaire
196
Brassards adaptés
130-180
Pneumotachographes
*5 disponibles
102
Défibrillateur
3000
Consommables par examen :
-Matériel Gaz sang par mesure
* Capillaire/Seringue sur tube capillaire
Coût unitaire 8
cts
Chariot et Matériel de soins urgences
2000
- Électrodes ECG 12 dérivations
- Divers (papiers, compresses.)
Informatique supplémentaire
(base de données)
1500
Gaz étalonnage annuel
* Mélange CO2/O2 consommables
et location
527 4 m3/an
Coûts d’investissement et de fonctionnement liées à la pratique de l’EFX décrite dans ce document. Ces données
sont fournies à titre indicatif. Les coûts mentionnés correspondent aux coûts moyens recensés par les co-auteurs et
correspondant aux principaux matériels d’ergospirométrie.
© 2007 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
2S159
B. Aguilaniu et coll.
Descriptif CCAM
Dénomination
Physiologique
Code
Prix (€)
LIBELLÉS PNEUMOLOGIQUES
Mesure de la distance de marche en terrain plat en TEST MARCHE 6 MIN (TM6)
6 minutes, avec surveillance de la SaO2 par mesure Test de Navette (Shuttle test)
transcutanée et mesure du débit d’oxygène utile
Idem sans mesure du débit d’oxygène utile
EQQE002
28.8
Idem + Oxymétrie trans cutanéeEQQP003
28,80
É preuve d’effort sur tapis roulant ou bicyclette
Mesure isolée des gaz du sang GLRP003
ergométrique, avec mesure des gaz du sang
à l’effort
[Épreuve d’effort simplifiée] [Gazométrie à l’effort]
69,35
Épreuve d’effort sur tapis roulant ou bicyclette
VO2 max. avec mesure unique GLRP004
ergométrique, avec mesure des gaz du sang et du de la gazométrie artérielle
débit d’oxygène consommé [VO2], et surveillance
électrocardioscopique discontinue
110,88
LIBELLÉS CARDIOLOGIQUES
Épreuve d’effort sur tapis roulant ou bicyclette
ECG EFFORT AVEC MESURE
ergométrique, avec ECG discontinue et mesure du DE VO2MAX.
débit d’oxygène consommé [VO2]
EQRP002
86,62 €
Épreuve d’effort sur tapis roulant ou bicyclette
ergométrique, avec ECG discontinue
ECG effort
DKRP004
76,80
Épreuve d’effort sur tapis roulant, avec ECG
discontinue, examen doppler continu des artères
des membres inférieurs et mesure de l’index de
pression systolique
ECG EFFORT
Doppler artériel
EQRM001
ACTE EXISTANT NON
TARIFIÉ
Mesure de la distance de marche sur tapis roulant
ou par enregistrement électromagnétique
EQQP001
ACTE EXISTANT NON
TARIFIÉ
Mesure de la distance de marche sur tapis roulant TEST DE STRANDNESS
ou par enregistrement électromagnétique, avec
mesures de la pression systolique résiduelle de
cheville et du temps de récupération par doppler
continu transcutané ou pléthysmographie
EQQM004
ACTE EXISTANT NON
TARIFIÉ
Description et codage des explorations fonctionnelles d’exercice de la nomenclature CCAM V2. Ces actes sont référencés dans la nomenclature Pneumologique et CardioVasculaire. Les associations d’actes autorisées ne sont pas mentionnées. On remarquera que les libellés cardiologiques et pneumologiques concernant la mesure de VO2 diffèrent à
la fois sur la description de l’ECG et sur la mesure de la gazométrie artérielle.
2S160
Rev Mal Respir 2007 ; 24 : 2S111-2S160