Exploration fonctionnelle respiratoire de l’enfant : du repos à l’exercice

Séminaire du 27 au 28 septembre 2007 Service central de physiologie clinique

Hôpital ADV, Montpellier

Service central de physiologie clinique, Unité pédiatrique et

Service de cardio-pneumologie pédiatrique

Contact: Roseline Joly Service centrale de Physiologie clinique Hôpital Arnaud de Villeneuve, 34000 Montpellier Tel: 04 67 33 59 08 Mail: efr-sec@chu-montpellier.fr

ORGANISATION LES EXPERTS Montpellier : Dr. Stefan MATECKI Dr. Stefan MATECKI Dr. Francis AMSALLEM Dr. Francis AMSALLEM Dr. Michelle RAMONATXO Dr. Michelle RAMONATXO

Pr. Christian PREFAUT Dr. François COUNIL Pr. Jacques MERCIER Dr. Sophie GUILLAUMONT Dr. Sébastien FLAVIER

Avant Propos

Vous allez faire une formation en Exploration Fonctionnelle pédiatrique C’est le premier séminaire organisé à notre connaissance sur ce thème. Ainsi, vos remarques pourront nous aider à mieux identifier vos attentes et mieux définir nos objectifs pédagogiques. Ce sera en quelque sorte votre contribution qui nous sera très utile pour l’évolution de ce séminaire. Nous vous demanderons donc surtout de ne pas faire preuve d’indulgence. De notre côté, nous avons réuni l’ensemble des physiologistes pédiatriques qui au quotidien évaluent la fonction respiratoire de l’enfant à Montpellier. Chacun d’eux dans son domaine organise des conférences sur ce sujet. Ce séminaire représente un premier travail commun de pédagogie pour vous faire bénéficier de notre expérience pratique. Il s’effectuera avec un nombre restreint de participants, d’environ 15 personnes, ce qui nous permettra d’organiser en plus de la théorie des séances de travaux dirigés et de travaux pratique. Ce séminaire a pour but de vous aider à mieux appréhender l’exploration des enfants que vous aurez à prendre en charge. Dans nous nous sommes fixés comme objectif qu’à la fin de ces deux jours vous pourrez : a) Enumérer les spécificités qui caractérisent la physiologie respiratoire de l'enfant par rapport à l'adulte. b) Réaliser une exploration fonctionnelle respiratoire de repos ou une épreuve d'effort chez l'enfant, en respectant les recommandations nationales ou internationales quand elles existent. c) Interpréter un résultat d'exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant. Maintenant que l’essentiel est dit, nous vous souhaitons un bon séminaire, et à vous de nous faire savoir si nous vous avons donné les moyens de nos ambitions pédagogiques. Dr Stefan Matecki

Programme : " Exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant: du

repos à l'exercice" JEUDI 27 septembre 2007 EXPLORATION DE LA FONCTION RESPIRATOIRE AU REPOS : THEORIE 08h30 Accueil des participants Dr Stefan Matecki

Dr Francis Amsallem09h00 Que faut-il connaître de l'évolution du système respiratoire de l'enfant avec la

croissance? Dr François Counil

09H30 La courbe débit volume de l'enfant de plus de 6 ans est-elle différente de celle de l'adulte?

Dr Stefan Matecki

− courbe débit volume,

10H30 L'EFR de l'enfant de moins de 6 ans a-t-elle un sens? Dr Francis Amsallem − courbe débit volume,

− mesure d'une résistance : Rint, ROF, Raw.

11H45 Le test d'hyper réactivité bronchique est-il un examen superflu et dangereux chez l'enfant?

Dr Francis Amsallem

EXPLORATION DE LA FONCTION RESPIRATOIRE AU REPOS : PRATIQUE 3 ateliers en rotation avec réalisation et interprétation de l'examen 14H00 Courbe débit volume Dr Michelle Ramonatxo15H00 Mesure d'une resistance : Rint, ROF, Raw Dr Stefan Matecki16H00 Test métacoline Dr Francis Amsallem17H15 Atelier commun d'interprétation Collectif19H00 Fin de la journée VENDREDI 28 septembre 2007 EPREUVE D'EFFORT CHEZ L'ENFANT : THEORIE 08H30 Standardisation des épreuves d'effort chez l'enfant Dr Stefan Matecki09H30 Adaptation cardio-respiratoire à l'exercice chez l'enfant Dr Sophie Guillaumont10H45 Que faut-il savoir de l'utilisation des substrats au cours de l'exercice chez

l'enfant? Le cas de l'obésité Pr Jacques Mercier

11H45 Recherche d'un bronchospasme à l'effort chez l'enfant Dr Stefan Matecki EPREUVE D'EFFORT CHEZ L'ENFANT : PRATIQUE 3 ateliers en rotation avec réalisation et interprétation de l'examen 14H00 Epreuve d'exercice musculaire maximale sur vélo Dr Sophie Guillaumont15H30 Mesure de l'utilisation des substrats à l'exercice Dr Sébatien Flavier17H00 Fin des rotations et pause

17H15 Atelier commun d'interprétation Collectif19H00 Fin de journée

Sommaire : " Exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant: du

repos à l'exercice" Chapitre I : L’exploration fonctionnelle de repos Que faut il connaître de l'évolution du système respiratoire de l'enfant avec la croissance F. counil L' exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant de plus de 6 ans est elle différente de celle de l'adulte ? S.Matecki L'exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant de moins de 6 ans a t'elle un sens ? F.Amsallem Le test d'hyper réactivité bronchique est-il un examen superflu et dangereux chez l'enfant ? F.Amsallem Chapitre II : L’exploration fonctionnelle à l’exercice Standardisation des épreuves d'effort chez l'enfant S.Matecki Adaptation ventilatoire à l’effort chez l’enfant J.Prioux, S.Matecki Adaptation cardio-vasculaire à l’effort chez l’enfant S.Guillaumont Que faut il savoir de l'utilisation des substrats au cours de l'exercice chez l'enfant ? : Exemple de obèse. J.Mercier

Chapitre I

Exploration fonctionnelle de repos

Que faut il connaître de l'évolution du système respiratoire de l'enfant avec la croissance

Docteur François Counil

Introduction Les modifications du système respiratoire tout au long de la vie sont nombreuses et complexes. La période néonatale est particulièrement riche en événements physiologiques, et l'apparition des grands prématurés dans la paysage clinique quotidien a permis mesurer combien l'adaptation à la respiratoire atmosphérique est un processus délicat. L'objectif de cette présentation est de rappeler les grandes étapes du développement de l'anatomie et de la physiologie de l'appareil respiratoire et de souligner les points importants pour l'évaluation médicale de la fonction respiration d'un enfant que ce soit par l'examen clinique, l'enregistrement polygraphique ou les EFR. 1- Les grandes étapes du développement pulmonaire 1-1 Voies aériennes intrathoraciques Le bourgeon de l'ébauche pulmonaire apparaît au niveau d'un sillon formé sur la face ventrale du pharynx (sulcus laryngotrachealis) au 26ème jour post conceptionnel. Au 50ème jour se forment les bronches segmentaires, à la 16ème semaine les 23 générations de voies aériennes sont présentes. On distingue les voies aériennes conductrices sur 16 générations (bronches segmentaires, intersegmentaires, bronchioles et bronchioles terminales) suivies de 7 générations de voies respiratoires qui vont assurer les échanges gazeux (3 générations de bronchioles respiratoires, 3 générations de canaux alvéolaires, 1 génération de sacs alvéolaires). Le cartilage bronchique et la musculature lisse apparaissent dès la 10ème semaine. L'épithélium cubique se différencie en cellules ciliées présentes dès la 13ème semaine et en cellules caliciformes, avec une progression centrifuge. Le développement des voies aériennes primitives est dépendant de nombreux facteurs : interaction obligatoire avec le mésenchyme, EGF, TGF-β, collagènes I et III, protéoglycanes, fibronectine, syndécan, épimorphine… 1-2 Alvéolisation Jusqu'à la 16ème semaine, le poumon est à un stade pseudo-glandulaire. Puis les tubules se développent à partir de chaque bronchiole terminale formant des acini. Les pneumocytes de type II se différencient et le surfactant devient alors détectable dans le liquide amniotique. Ce stade canaliculaire qui se termine à la 26ème semaine est marqué par l'élargissement des tubules, l'envahissement du mesenchyme par les plexus capillaires, la différenciation des pneumocytes II en pneumocytes I, constiuant de la barrière alvéolo-capillaire. Cette étape marque la viabilité fetale extra-utérine. Le stade sacculaire prend fin à la 36ème semaine, les septa primaires entre deux sacs alvéolaires voisins sont larges, ils contiennent la vascularisation de chaque sac (double vascularisation qui disparaitra entre 3 et 5 ans), le mésenchyme est riche en cellule et pauvre en fibres collagène et elastiques. Enfin le stade alvéolaire, caractérisé par l'apparition de septa secondaires riches en fibres élastiques le long des septa primaires, se poursuit après la naissance pendant les 2 premières années, et surtout pendant les six premiers mois. Le nombre d'alvéole à la naissance est de 17 à 150 million suivant les études, il atteint 300 à 600 million à 2 ans et reste stable. La surface d'échange alvéolaire à la naissance varie de 1 à 4 m² selon les études et les

individus, pour atteindre 80 m² chez l'adulte. La production de surfactant (surface active agent) est un élément clef de la maturation pulmonaire. L'élévation rapport Lécithine/Sphingomyéline dans le liquide amniotique au-delà de 2 à partir de la 32ème semaine met le nouveau-né à l'abris du collapsus alvéolaire. 1-3 Vascularisation Les artères pulmonaires se forment à partir du 6ème arc aortique simultanément au développement du bourgeon pulmonaire dont elles suivent la progression dichotomique. Les veines pulmonaires naissent du sinus atrial à la 5ème semaine et suivent également le développement pulmonaire dans les larges septa inter-bronchiques . Après la naissance, le nombre d'artère intracinaires augmente avec la nombre d'alvéoles. La gaine musculaire lisse des artérioles pulmonaires progresse vers la distalité de l'arbre aérien tout au long de l'enfance. La vascularisation systémique primitive nait des deux branches de l'aorte dorsale, avec pour résultat final 1 à 3 artères bronchiques pour chaque poumon, naissant de l'aorte thoracique ou des 3èmes et 4èmes artères intercostales. Les vaisseaux lymphatiques apparaissent à la fin de la période embryonnaire à partir d'un plexus lymphatique issu du canal thoracique. Leur développement suit à la fois celui des artères pulmonaires et des bronches (système péri-bronchique) et celui des veines pulmonaires (système intersegmentaire et sous pleural). 1-4 Innervation Au 32ème jour de gestation des cellules provenant des crêtes neurales forment un plexus nerveux extra-pulmonaire à partir du nerf vague et des ganglions sympathiques cervicaux qui va coloniser la totalité des bronches. A la fin de la période embryonnaire un plexus externe s'est également formé en dehors de l'ébauche des cartilages de la trachée et des bronches. Le plexus peribronchique interne se développera entre l'épithélium et le cartilage enmême temps que la musculature lisse et les glandes à mucus. Dans les bronchioles sans cartilage, plexus peribronchique interne et externe se confondent. 2-Modification des contraintes mécaniques 2-1 Compliance La compliance du système respiratoire du fœtus du nouveau né et du nourrisson est essentiellement le reflet de l'élasticité pulmonaire. La composante liée à la paroi thoracique est négligeable. Pendant la vie fœtale, la compliance (distensibilité) pulmonaire est relativement plus élevée qu'après la naissance. En l'absence de mouvement respiratoires fœtaux, la force de recul pulmonaire, facilitée par une faible résistance des voies aérienne supérieure, provoque un collapsus pulmonaire et un défaut de croissance pulmonaire. La sécrétion de liquide amniotique et les mouvement respiratoires foetaux sont indispensables à cette croissance. A la naissance, les forces tensio-actives de l'interface air-liquide dans les alvéoles entrainent une chute de la compliance pulmonaire avec réduction de la CRF. Jusqu'à l'âge de 6 mois, la faible rigidité du thorax empêche le maintien d'une CRF passive suffisante pour assurer des échanges gazeux normaux. Pour palier à ce phénomène, une activité post inspiratoire des muscles respiratoires est nécessaire, avec maintien d'un certain tonus abdominal. Or cette activité de constraction musculaire diminue ou disparaît en phase de sommeil REM, entrainant des chute de la CRF. Ces phénomènes sont particulièrement significatifs chez le prématuré (plus de 50% de sommeil REM) et le nouveau né (50% de sommeil REM), ils favorisent très certainement les épisodes de

désaturations fréquents à cet âge. Après la naissance, la compliance pulmonaire augmente avec l'âge (x1,5 à 1 an), en fonction de l'augmentation de la surface air-liquide. 2-2 Résistance La résistance du système respiratoire est également le reflet de la résistance visco-élastique du poumon chez le nouveau-né et le nourrisson. La constante de temps (CompliancexRésistance) augmente pendant la première année puis atteint un plateau, signifant un équilibre entre modifications de résistance et de compliance au dela de 1 an. Les résistances des voies aériennes sont divisées par 10 de la naissance à l'âge adulte. Cependant, la conductance spécifique corrigée pour les résistances de voies aériennes supérieures diminue puis reste stable à partir de 5 ans, la conductance des voies aériennes centrales par gramme de poumon stable toute le vie, les mesures de débit forcé sont également remarquablement stables, ce qui laisse penser que la croissance du calibre des voies aériennes proximales est adaptée à la croissance du volume pulmonaire quelque soit l'âge. Les résistances pulmonaires totales diminuent pendant les 2 premières années puis augmentent après 5 ans, traduisant l'influence croissante des proprités viscoélastiques de la paroi thoracique sur ce paramètre. 3-Contrôle ventilatoire Les centres respiratoires se développent entre la 10ème et la 20ème semaine. Les mécanorecepteurs participent au contrôle ventilatoire dès la vie fœtale par l'intermédiaire des afférences vagales qui sont essentielles pour réguler le volume courant et le temps expiratoire, participant ainsi au maintien d'une CRF "dynamique". Le réflexe de Héring-Breuer ou reflexe inspiratoire inhibiteur, témoignagne également de ce type de régulation, son efficacité diminuant après l'âge de 2 mois. Les chémorecepteurs périphériques détectant l'hypoxie sont actifs dès la vie fœtale, mais leur seuil de régulation est forcément modifié après la naissance, les niveaux de PaO2 étant très différents : ce "réglage de la réponse à l'hypoxie s'effectue dans les 24 à 48 premières heures de vie. La réponse à l'hypoxémie est immature à la naissance avec une réponse biphasique : hyperventilation puis hypoventilation. La réponse à l'hypercapnie est le principal stimulus de la ventilation. Elle apparaît à la fin de la vie fœtale, elle est plus mature que la réponse à l'hypoxie. Cependant le nouveau-né ne peut augmenter sa ventilation minute que d'un facteur 3 ou 4 alors que l'adulte peut la multiplier par 20. Le sommeil REM diminue la réponse à l'hypercapnie du nouveau-né à terme. Les apnées centrales et la respiration périodique sont physiologiques chez le prématuré et le nouveau né. Les apnées sont plus fréquentes pendant le sommeil REM, elles sont favorisées par différents stress (fièvre, privation de sommeil, RGO) et certains médicaments. Les apnées obstructives sont classiquement plus fréquentes chez les nouveau-nés prématurés, favorisées par le respiration nasale exclusive. La respiration buccale augmente avec l'âge, par augmentation de l'activité génio-glosse. Les apnées réflexes sont favorisées par la prématurité, les infections virales (VRS), l'hypoxie. La thermorégulation influence également la ventilation. La diminution de température ambiante est un stimulus puissant de la ventilation par le biais de l'augmention du métabolisme de base. L'élévation de température augmente la proportion de respiration périodique durant le sommeil REM. Le rythme circation de la respiration (diminution de la fréquence respiratoire de 22h à 1h) s'installe à 1 mois pour le sommeil REM et à 3 mois pour le sommeil non REM. Les stades de sommeils ont d'une façon générale une influence non négligeable sur la ventilation. Inversement

le réveil peut être provoqué par une défaillance ventilatoire, la PaCO2 pendant le sommeil non REM étant le stimulus le plus efficace. 3- Conclusion La maturation du système respiratoire débute pendant la vie feotale et se poursuit pendant les premiers mois de vie. Après l'âge de 2 ans, on observe essentiellemnt une croissance en taille du thorax, des poumons et des voies aériennes. L'évaluation de la fonction respiratoire chez le petit enfant doit donc passer par des examens particulièremnt rigoureux, avec référence à des normes adéquates, celles-ci étant d'autant plus délicates à obtenir que l'enfant est jeune et né prématuré.

L'Exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant de plus de 6 ans

est elle différente de celle de l'adulte ?

Docteur Stefan Matecki

I) Introduction

La réalisation d’une exploration fonctionnelle (EFR) chez le grand enfant est une étape dont l’intérêt n’est plus à démontrer pour tout clinicien qui prend en charge leur fonction respiratoire. D’autant plus qu’à partir de 6 ans une courbe débit-volume peut être réalisée du point de vue pratique de façon identique à celle de l’adulte. En effet, un enfant au-delà de cet âge possède une concentration nécessaire à une tache précise, une acceptation de l’autorité qui va le guider dans ses gestes et une autonomie au cours de la réalisation de l’action demandée. Ainsi, la mise en confiance est naturelle et instantanée, les ordres sont rapidement compris et les manœuvres respiratoires exécutées sans difficultés du fait d’une bonne coordination de la commande ventilatoire centrale.

Si la réalisation pratique d’une EFR chez le grand enfant ne demande pas nécessairement une formation supplémentaire par rapport à celle de l’adulte, elle nécessite une grande vigilance vis-à-vis des recommandations internationales concernant la réalisation et l’interprétation de cet examen. En effet, en raison de la grande facilité à obtenir des résultats avec les actuels appareils d’acquisition automatisée, et une naturelle plus grande tolérance que l’on peut avoir vis-à-vis des recommandations techniques chez l’enfant par rapport à l’adulte, il existe un risque important de donner des résultats faux, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur son suivi. Ainsi, il est indispensable que l’opérateur connaisse les recommandations techniques inhérentes à la réalisation d’une EFR qui n’existent actuellement que chez l’adulte, pour ensuite pouvoir les adapter à l’enfant si nécessaire. Cette connaissance sera par ailleurs grandement facilitée par la compréhension des aspects physiologiques qui ont motivé la mise en place de ces recommandations.

Ainsi, le premier but de cet article est d’aborder les aspects physiologiques d’une manœuvre d’expiration forcée, pour ensuite mieux appréhender les différentes recommandations techniques et leur possibilité d’adaptation à l’enfant.

II) Aspect physiologique d’une manœuvre d’expiration forcée.

La première qualité que l’on recherche dans un paramètre pour qu’il soit représentatif est

sa reproductibilité lors de mesures répétées. Chez l’adulte et le grand enfant, le paramètre qui rend compte avec la meilleure reproductibilité de la résistance de l’arbre bronchique à l’écoulement de l’air expiré reste le volume maximal expiré en une seconde (VEMS). Cependant comme son nom l’indique, ce paramètre est dépendant de l’effort maximal expiratoire réalisé à la capacité pulmonaire totale (CPT). Malheureusement, comme nous le verrons, entre deux valeurs de VEMS, la plus élevée n’est pas forcément la plus proche de la maximalité, ce qui rend indispensable l’acquisition de critères garants du caractère maximal de l’effort expiratoire. Ces critères de maximalité vont concerner l’effort initial de l’expiration forcée. En effet, seuls les débits du premier quart environ d’une expiration à partir de la CPT sont fortement dépendants de l’effort expiratoire. Ensuite, les débits quelque soit l’effort produit restent relativement invariants. Ceci peut s’expliquer par une compression dynamique des voies aériennes lors de l’expiration, avec en conséquence une véritable auto-limitation des débits expiratoires.

II.1) Auto-limitation des débits expiratoires : le point d’égale pression.

A la fin de l’inspiration maximale qui précède l’expiration forcée, c'est-à-dire jusqu’à la CPT, il existe un équilibre entre la pression régnant dans l’ensemble de l’arbre aérien et la pression à la bouche, c'est-à-dire la pression atmosphérique. La pression pleurale est alors plus négative qu’au début de l’inspiration, en raison de l’augmentation de la force de rétraction élastique du système respiratoire. Lors de l’expiration forcée, la contraction des muscles expiratoires va positiver la pression pleurale ce qui va comprimer le volume alvéolaire et générer un gradient de pression entre l’espace alvéolaire ou règne maintenant une pression positive et la bouche qui sera toujours à la pression atmosphérique. Ce gradient sera le générateur d’un débit expiratoire.

Tout au long de l’effort expiratoire maximal, la pression positive dans l’espace pleural est relativement constante, mais au cours de cette expiration forcée, le gradient de pression maximal entre l’espace alvéolaire et la bouche, ira en s’amenuisant au fur et à mesure que l’on se situe à un point donné de plus en plus proche de la bouche. Ainsi il existe lors de l’expiration forcée un ensemble de points au niveau de l’arbre bronchique ou la pression pleurale et la pression régnant dans les voies aériennes sont égales. Au niveau d’une bronche on appelle cette égalité le point d’égale pression (PEP) qui est représenté par la figure 1. Ceci a pour conséquence de limiter le flux expiratoire du volume d’air en amont du PEP par compression des voies aériennes et création d’une résistance concentrique.

Figure 1

Point d’égale pression

Espace pleural

Voie aérienne

Flux expiratore

Zone

Point d’égale pression

Espace pleural

Voie aérienne

Flux expiratore

Zone en amont de PEP Zone en aval de PEP

Point d’égale pression

Espace pleural

Voie aérienne

Flux expiratore

Zone

Point d’égale pression

Espace pleural

Voie aérienne

Flux expiratore

Zone en amont de PEP Zone en aval de PEP

Ainsi, dès que l’air contenu dans les espaces aériens incompressibles sera exhalé, correspondant à la partir effort –dépendant de l’expiration forcée, une limitation des débits va s’opérer du fait de la compression des voies aériennes plus en amont, responsable de la partie effort-indépendant de cette expiration.

Malheureusement, le terme effort-indépendant de la seconde partie de l’expiration est un terme qui peut prêter à confusion, et qu’il faudrait peut être remplacer par « effort inversement dépendant ». En effet, comme le montre la figure 2, les débits expiratoires de la seconde partie de l’expiration mesurés à la bouche, sont supérieurs lors d’une expiration submaximale par rapport à une expiration maximale chez un même individu. La première raison de cette différence paradoxale est le phénomène de la compression gazeuse.

II.2) Influence de l’effort expiratoire sur les débits maximaux.

L’expiration forcée va tout d’abord engendrer une compression gazeuse. Son influence sur les débits expirés a été décrite pour la première fois par Schilder et al. [1]. Lors de l’effort expiratoire, du fait de la constance du facteur pression×volume, il existe une diminution du volume en fonction du temps, secondaire à l’augmentation de la pression dans les voies aériennes. Cette diminution n’est pas prise en compte lors de la mesure du volume expiré à la bouche du sujet.

Ainsi plus la pression dans les voies aériennes augmente du fait de l’effort expiratoire, plus la diminution du volume pulmonaire secondaire à la compression gazeuse est importante et plus les débits instantanés mesurés à un pourcentage donné restant dans les voies aériennes seront en réalité mesurés à un volume inférieur. En conséquence, par rapport à un effort expiratoire maximal, bien qu’un effort submaximal diminue les débits instantanés de la première partie effort dépendant de l’expiration, il engendre une plus faible compression gazeuse, ce qui au contraire augmente les débits instantanés de la seconde partie effort indépendant de l’expiration. L’influence sur le VEMS de cette compression gazeuse n’est pas négligeable, et du fait de l’importance de la seconde partie de l’expiration, un effort proche du maximum pourra engendrer un VEMS significativement supérieur à celui d’un effort maximal. La compression gazeuse n’est pas le seul phénomène à influencer les débits dans la seconde partie de l’expiration. En effet, on peut également retrouver chez environ 20 % de sujets normaux [2] une diminution des débits expiratoires évalués par plethysmographie avec l’augmentation de l’effort expiratoire indépendamment de la compression gazeuse. En effet la

Figure 2

Débits effort-indépendantsDébits effort-dépendants

a: effort maximal, b: effort sous maximal

b

Débits effort-indépendantsDébits effort-dépendants

a: effort maximal, b: effort sous maximal

b

Débits effort-dépendants

a: effort maximal, b: effort sous maximal

b

a

plethysmographie prend en compte la diminution du volume pulmonaire au cours du temps lors d’une expiration forcée, qu’elle soit secondaire à l’exhalation ou à la compression gazeuse. La cause de cette diminution des débits avec l’augmentation des débits expiratoires n’est pas clairement identifiée, mais semblent être liée à l’augmentation de la pression pleurale et sa répercussion sur la compression des voies aériennes [3].

II.3) Influence de l’inspiration précédant l’ effort expiratoire sur les débits maximaux.

Pour un même effort expiratoire, le VEMS obtenu sera plus important en cas d’absence de

pause inspiratoire à la CPT avant l’expiration forcée. En effet, lors de l’inspiration une mise en tension des éléments élastiques du système respiratoire s’opérera. Une expiration forcée dès la fin de l’inspiration, par phénomène d’hystérésis du système respiratoire bénéficiera d’une force restitution supplémentaire de la force de rétraction élastique de ce système par rapport à une expiration forcée suivant une pause inspiratoire, engendrant donc des débits supérieurs. En effet cette pause permet un équilibre entre la force de contraction des muscles inspiratoires et la force de rétraction élastique du système respiratoire, avant la contraction des muscles expiratoires qui alors ne bénéficieront pas de ce phénomène d’hystérésis. Ainsi, si les critères d’un effort maximal ne sont pas pris en compte, ou si l’effort expiratoire ou l’inspiration précédant l’expiration ne sont pas identiques, une fausse variation du VEMS au cours d’un test de réversibilité à un bronchodilatateur ou d’un test de bronchoconstriction à la métacholine ou au cours d’un simple suivi longitudinal peut engendrer des faux positifs, lourds de conséquences quand au suivi respiratoire des enfants. Ces critères de maximalité de l’effort qui vont principalement concerner la partie effort dépendant de l’expiration sont donc indispensables à prendre en compte lors de l’interprétation des résultats d’une EFR. Il est donc recommandé, de ne pas prendre en considération les résultats d’une courbe débit-volume provenant d’une expiration ne présentant pas l’ensemble des critères de maximalité, même si le VEMS qui en résulte est le plus élevé. Ces critères sont présentés dans le chapitre suivant.

III) Les Recommandations ATS-ERS concernant l’analyse de la courbe débit-volume.

Concernant la courbe débit volume, depuis 1993, trois articles de recommandations sous l’égide de l’ERS-ATS ont été publiés [4-6]. A quelques différences prêt ces recommandations qui actuellement ne concernent que l’adulte ont peu évolué.

Nous pouvons logiquement les classer en quatre catégories. La première concerne les conditions de réalisation de l’expiration forcée. La deuxième est la vérification du caractère maximal de l’expiration forcée à partir de la CPT, elle concerne donc essentiellement la première phase effort dépendant de l’expiration. La troisième se focalise sur la vérification que le sujet a pu expirer jusqu’au niveau de son volume résiduel (VR). Elle concerne donc plus spécifiquement la seconde partie effort indépendant de l’expiration. Enfin la dernière s’assure de la reproductibilité des résultats obtenus.

III-1) Condition de réalisation de l’examen

L’EFR doit être réalisée à distance de tout bronchodilatateur, 8 heures pour un de courte action et 48 heures pour un de longue action. De plus, il faut être à distance d’un repas et effectuer cet examen au même moment de la journée en cas de suivi longitudinal de la fonction respiratoire. Il faut noter la médication du sujet ainsi que les éventuels symptômes respiratoires. La position préconisée est assise, tête droite et épaule relâchée, bien qu’en position debout les valeurs obtenues soient supérieures. Il est donc important de noter dans le compte rendu la position du sujet et de la conserver au cours des examens ultérieurs dans le cadre d’un suivi.

a) mesure de la courbe débit-volume

Les instructions à donner avant la réalisation de l’expiration forcée ne sont pas

standardisées hormis la pause inspiratoire à la CPT avant l’expiration forcée. Elle ne doit pas être nule mais doit être inférieure à 2 secondes. Ainsi, dans tout système d’acquisition il est important de pouvoir débuter l’enregistrement des données pendant l’inspiration afin de calculer la pause inspiratoire avant l’expiration forcée. Un système d’alerte devrait s’afficher en cas d’absence de plateau ou en cas de plateau supérieur à 2 secondes. Pour le reste des instructions, elles dépendent de l’expérience et surtout de la patience de l’opérateur. Les valeurs obtenues surtout chez l’enfant peuvent être opérateur-dépendant. Ainsi il est fortement recommandé que l’enfant puisse bénéficier du même opérateur au cours de son suivi afin d’éviter cet écueil.

b) mesure de la capacité vitale lente

Pour la réalisation pratique de la mesure de la capacité vitale lente (CVL), il est préconisé d’effectuer une mesure de 5 volumes courants stables, puis de demander au sujet d’exhaler jusqu’à son VR pour inspirer jusqu’à sa CPT pour ensuite terminer par 3 volume courant stable qui doivent permettre au sujet de retrouver son niveau ventilatoire de repos (NVR), témoin d’une absence de fuite. Les logiciels d’acquisition doivent permettre cette vérification avec un message d’alerte lors d’une variation du NVR de plus de 10 %. Il est également conseillé d’effectuer la mesure de la CVL avant celle de l’expiration forcée afin d’éviter l’induction d’une fatigue des muscles respiratoires, venant altérer les résultats du deuxième examen.

III-2) Le sujet a t’il effectué un effort maximal ?. a) au cours d’une expiration forcée

L’expiration forcée s’effectue par la contraction des muscles expiratoires simultanément à un relâchement de l’ensemble des muscles inspiratoires. Ceci nécessite une bonne coordination de la commande ventilatoire centrale. Ainsi pour juger en général de la qualité d’une contraction musculaire maximale, deux paramètres sont importants: la tension maximale développée et la vitesse de contraction qui représente le temps qui s’est écoulé entre le début de la contraction et son maximum.

La tension maximale développée par les muscles expiratoires va augmenter la pression

pleurale qui peut être évaluée par la pose d’un ballonnet oesophagien. De tous les paramètres évalués au cours d’une expiration forcée, le débit expiratoire de pointe (DEP) est le plus dépendant de l’effort et reflète donc cette tension maximale. En effet il faut environ 250 ms chez un sujet normal pour effectuer une contraction maximale des muscles expiratoires [7], ce qui ne concerne donc que la première partie effort dépendant de l’expiration forcée. Ainsi, Krowal et al. [3] ont montré que le DEP était corrélé à la pression oesophagienne développée au cours d’une expiration forcée. Donc, pour comparer deux valeurs de VEMS après un test de bronchoconstriction il est important de s’assurer de la reproductibilité du DEP, garant du même effort maximal expiratoire. La reproductibilité de DEP est définie par une différence qui doit être inférieure à 200 ml/sec. En effet, comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, entre deux manœuvres expiratoires, celle qui sera maximale aura un meilleur DEP même si le VEMS obtenu est inférieur.

La vitesse de contraction au cours d’une expiration forcée doit être maximale, ce qui peut

se traduire par l’atteinte du DEP le plus rapidement après expiration du plus petit volume possible. En effet, plus le DEP arrive tardivement après de début de l’expiration forcée, plus les débits maximaux instantanés mesurés à un pourcentage donné de la capacité vitale seront faibles puisque ils seront en réalité mesurés à un volume inférieur. L’indice le plus logique permettant d’évaluer si la vitesse de contraction des muscles expiratoires est maximale est l’écart de temps qui sépare le début de l’expiration et le DEP. Malheureusement les données actuelles sont encore insuffisantes pour proposer une valeur seuil à ne pas dépasser. Toutefois, le volume extrapolé (VBE) reste un paramètre qui permet de quantifier de façon précise le volume que le sujet a expiré avant de produire des débits expiratoires maximaux. Il se calcule par extrapolation arrière de la courbe du volume expiré en fonction du temps comme le montre la figure 3

Temps

Volu

me

expi

ré

B

Figure 3 : calcul du volume extrapolé (VBE)

Sa valeur est exprimée soit en ml, soit en pourcentage de la CV. Les premières recommandations de 1993 tablent sur un VBE inférieur à 100 ml ou 5 % de la CV. Considérées comme trop restrictives ces valeurs on été revues à la hausse dans les dernières recommandations de 1995 et de 2005 avec un VBE inférieur à 150 ml ou 5 % de la CV.

Ce paramètre est donc essentiel pour s’assurer du caractère maximal de l’expiration et doit être graphiquement représenté pour chaque courbe débit-volume enregistrée. De plus un message d’alerte doit apparaître chaque fois qu’une valeur seuil du VBE est dépassée, valeur qui doit être modulable par l’opérateur. En effet, comme nous le verrons dans le prochain chapitre, chez l’enfant, bien qu’il n’existe pas encore de consensus, des études récentes proposent, du fait de plus petits volumes pulmonaires mobilisables une valeur de VBE en ml inférieure à celle de l’adulte, et du fait d’une immaturité de la commande ventilatoire centrale une valeur du VBE en pourcentage de la CV supérieure. b) au cours d’une réalisation d’une capacité vitale lente

Concernant la mesure de la capacité vitale lente, il est plus difficile de proposer des critères précis de maximalité par manque de données. Ainsi les recommandations insistent sur la simple visualisation d’un plateau de fin d’inspiration à la CPT et de fin d’expiration au VR.

III-3) Le sujet a t’il pu expirer normalement jusqu’à son volume résiduel ?.

Il est important au cours de la réalisation d’une expiration forcée, que non seulement le sujet puisse réaliser un effort maximal, mais également qu’il puisse le continuer tant qu’il n’a pas exhalé la totalité de sa capacité vitale. Cette partie des recommandations va donc principalement intéresser la deuxième phase effort indépendant de l’expiration forcée. En effet, en cas d’expiration incomplète une fausse augmentation du volume résiduel aux dépends de la capacité vitale pourrait être diagnostiquée. De même les débits instantanés à un pourcentage donné de la capacité vitale seraient faussement augmentés puisque évalués à un volume pulmonaire absolu plus important. Enfin, le rapport de tiffeneau (VEMS/CV) serait également artificiellement augmenté.

Ainsi, hormis le DEP et le VEMS, l’ensemble des paramètres apportés par la courbe débit volume sont difficilement interprétables en cas d’expiration maximale mais non soutenue jusqu’au volume résiduel.

a) aspect de la courbe descendante Le premier critère à prendre en compte est la décroissance linéaire des débits jusqu’à la

fin de l’expiration sur la courbe débit-volume. En effet, tout accident de cette courbe (toux, fermeture transitoire de la glotte, inspiration intempestive) doit la faire éliminer.

b) temps expiratoire

Le deuxième critère à prendre en considération est la durée du temps d’expiration, qui devait être d’après les recommandations de 1995 [5] supérieur à 6 secondes. Il est clair que cette durée, pour des sujets présentant un trouble ventilatoire restrictif, ou pour les enfants, était trop importante. Ainsi dans les recommandations de 2005 [6], comme nous le verrons dans le paragraphe suivant ce temps a été diminué notamment pour les enfants. c) plateau de fin d’expiration Le troisième critère est la présence d’un plateau de fin d’expiration représenté par la courbe volume expiré en fonction du temps. Ce plateau doit être non seulement clairement identifiable, mais quantifiable, c'est-à-dire avec une variation du volume au cours de la phase du plateau de moins de 25 ml sur une durée de plus d’une seconde. Ces valeurs proviennent des recommandations de 2005 [6] qui sont une compilation des paramètres les plus restrictifs de celle de 1993 [4] et 1995 [5]. Comme nous l’avons déjà précisé, le logiciel d’acquisition doit permettre à l’opérateur de visualiser en même temps la courbe débit-volume et le volume expiré en fonction du temps avec un message d’alerte lors d’un non respect des valeurs du temps expiratoire et du plateau de fin d’expiration. La encore, ces valeurs seuil doivent pouvoir être modulables, car pour l’enfant, il n’existe toujours pas de consensus. De plus, dans le logiciel d’acquisition, la fin de l’expiration forcée doit être détecté avec précision dès la mesure d’un zéro débit fiable si le sujet se débranche, ou dès l’inversion des débits si le sujet inspire à nouveau. En effet, en cas d’erreur sur le temps expiratoire, la mesure de la CV et des débits maximaux serait faussée. III-4) Les résultats obtenus sont ils reproductibles ?

Du fait du caractère dépendant de la volonté, il est indispensable de s’assurer du caractère reproductible des valeurs obtenues avant de les retenir pour l’interprétation. Les premières recommandations de 1993 considéraient deux valeurs de VEMS ou de CV comme reproductibles si la différence était inférieure à 100 ml ou 5 % de la valeur. Cette valeur seuil s’est avérée trop restrictive, ce qui s’est traduit par un doublement de la valeur seuil à 200 ml dans les recommandations de 1995. Considérée ensuite avec la pratique comme peu restrictive les dernières recommandations de 2005 proposent une différence qui doit être inférieure à 150 ml pour des valeurs de VEMS et CVL de plus de 1 litre et 100 ml pour des valeurs de VEMS inférieures à 1 l.

Par contre il existe un consensus sur le nombre de manœuvres expiratoires reproductibles à obtenir. Il est de 3 pour le VEMS et 2 pour la CVL avec au maximum 8 essais pour chacun des deux paramètres. Afin d’éviter un épuisement du sujet, au cours des mesures répétés, l’arrêt s’impose si la somme des différentes baisses du VEMS ou de CVL dépasse 20 % de la valeur initiale.

III-5) Quelles valeurs retenir ?

La meilleure valeur des 2 CVL sera retenue. Concernant le VEMS et la CVF, elles proviendront de la meilleure des 3 courbes débit-volume obtenues, définie par la somme VEMS + CVF la plus élevée. De façon identique les débits maximaux instantanés retenus proviendront de la meilleure des 3 courbes débit-volume.

IV) Application des recommandations ATS-ERS au grand enfant.

Comme nous l’avons vu en introduction il n’est pas illusoire d’appliquer ces recommandations chez l’enfant de plus 6 ans.

IV-1) L’enfant a-t-il produit un effort maximal ? Arets et al. [8] dans un travail récent, ont montré que le grand enfant pouvait parfaitement

remplir les critères de maximalité présentées chez l’adulte au chapitre précédent. Ainsi chez le grand enfant, un DEP doit être clairement indentifiable et reproductible (différence inférieure à 200 ml/s), avec un volume extrapolé inférieur à 150 ml ou 5 % de la CV.

IV-2) L’enfant a-t-il expiré jusqu’au volume résiduel ?

a) temps expiratoire C’est le premier paramètre permettant de juger du caractère complet de l’expiration.

L’enfant, possédant un plus petit volume pulmonaire est supposé expirer sa capacité vitale plus rapidement que l’adulte. Ainsi, contrairement à ce dernier, une expiration maximale de plus de 6 secondes est illusoire et n’a pu être réalisée que chez 15 % des enfants testés dans l’étude de Arets et al. [8]. Ainsi pour l’enfant âgé de plus de 6 ans, un temps expiratoire supérieure à 3 secondes parait plus réaliste, mais aucune étude actuellement ne permet de tester sa valeur prédictive d’une expiration complète.

b) plateau de fin d’expiration

Concernant les critères du plateau de fin d’expiration, ceux-ci n’ont pas été clairement testés chez l’enfant, mais compte tenu d’un temps expiratoire plus court il semble difficile d’exiger les mêmes critères que ceux de l’adulte. Ainsi chez le grand enfant, comme le montre la figure 4a, l’absence de visualisation d’un plateau de fin d’expiration sur la courbe volume expiré en fonction du temps semble être la méthode actuelle la plus acceptable pour diagnostiquer une expiration incomplète.

De plus, en cas d’expiration incomplète, comme le montre également la figure 4b, le croisement de la courbe avec l’axe des volumes, témoin de la fin de l’expiration, s’effectuera de façon abrupte et non tangentiellement comme indiquée par la courbe en pointillé, témoin d’une expiration complète.

IV-3) Variabilité des résultats d’EFR chez le grand enfant.

L’étude d’Arets et al. [8] montre clairement que le seuil acceptable de variabilité entre

deux mesures de VEMS ou de CV de 100 ml ou 5 % proposé par les recommandations de 1993 était trop restrictivf. En effet pour une population d’enfants de plus de 6 ans seulement 84 à 87 % présentaient d’après ces critères des valeurs reproductibles au cours d’une EFR standard. Par contre, les recommandations de 1995 donnant des valeurs seuil moins strictes (variation de la CV et du VEMS inférieure à 200 ml) semblent convenir mieux puisque 98% des enfants de la même étude d’Arets [8] présentaient des valeurs de VEMS et de CV considérées comme reproductibles avec ces nouveaux critères.

Mais compte tenu des petits volumes pulmonaires chez les enfants, une différence inférieure à 200 ml entre deux valeurs de VEMS ou CV pour être considérée comme reproductibles peut être considérée comme excessif. En effet, pour les valeurs aux alentours d’un litre, ce qui correspond à un âge d’environ 5 ans, la différence acceptable de 200 ml correspond à 20 % de la valeur initiale. Ainsi les dernières recommandations de 2005 tablent, pour des valeurs de VEMS et de CV supérieure à 1 l, sur une différence entre deux valeurs ne devant pas excéder 150 ml pour être considérée comme reproductible, et sur une différence n’excédant pas 100 ml pour des valeurs de VEMS et de CV inférieures à un litre. De futures études seront nécessaires pour évaluer ces nouvelles recommandations chez l’enfant.

IV-4) Réversibilité des résultats d’EFR chez le grand enfant.

Pour juger de la réversibilité d’une EFR après bronchodilatateur, le meilleur paramètre

d’évaluation chez le grand enfant reste toujours le VEMS. En effet, les débits instantanés maximaux ont une plus grande variabilité que le VEMS et de plus sont hautement dépendants de

Figure 4 : exemple d’une expiration incomplète. a) courbe volume-temps b) courbe débit-volume

Débits (l/s)

Vol. (L)

Débits (l/s)

Vol. (L)

Temps (sec.)Temps (sec.)

Fin d’expiration complète

la CVF, qui peut facilement varier du fait d’une expiration incomplète, sans lien avec l’effet d’un bronchodilatateur.

La variation de la capacité inspiratoire après bronchodilatateur [9] ou même de la CVF pourraient être des alternatives intéressantes à celle du VEMS chez l’enfant, mais actuellement il n’existe pas de donnée suffisante pour l’utiliser. La variation du VEMS, peut être exprimée soit en valeur absolue, soit en pourcentage de la valeur prédite soit en pourcentage de la valeur initiale. Les dernières recommandations de 2005 [6] exigent chez l’adulte une variation du VEMS > à 12 % de la valeur initiale et une augmentation de 200 ml en valeur absolue. Il est clair que ces recommandations ne peuvent s’appliquer chez l’enfant présentant de plus petits volumes pulmonaires, rendant les 200 ml illusoires dans un grand nombre de cas.

Bien qu’aucun consensus n’existe actuellement chez l’enfant, il nous semble que les recommandations de 1993 [4] semblent les plus adaptées à l’enfant, avec une variation du VEMS devant dépasser seulement de 10 % la valeur prédite. En effet, non seulement cette valeur ne dépend pas de la valeur initiale de l’enfant, mais semble également plus apte à séparer des sujets asthmatiques par rapport à des sujets atteints de bronchites chroniques que la variation du VEMS exprimé en % de la valeur initiale [10]. La dose habituelle de béta-mimétique délivrée chez l’enfant est de 200 μg avec un délai avant la nouvelle expiration forcée de 10 à 15 minutes. Certes une réversibilité du VEMS statistiquement significative est importante pour la décision d’un traitement à long terme. Mais plus important encore est le « cliniquement significatif ». En effet il n’est pas rare d’observer des variations du VEMS inférieures à la valeur seuil préconisée par les recommandations. Une première raison est la faible sensibilité du VEMS en réponse à un bronchodilatateur par rapport à la baisse de la CRF et l’augmentation de la capacité inspiratoire. Malheureusement ces deux derniers paramètres ont une plus grande variabilité que le VEMS et l’absence d’étude ne permette pas actuellement leur utilisation pour juger de la réversibilité d’une obstruction bronchique sous bronchodilatateur. De plus il peut exister d’authentiques bronchoconstrictions secondaires à une inhalation profonde lors de la prise du bronchodilatateur dont le mécanisme reste très mal connue. Ainsi, une mauvaise réponse à un bronchodilatateur ne doit pas forcément contre-indiquer un essai thérapeutique sur une courte période de 8 semaines.

IV-5) Que faire quand aucun courbe obtenue n’est totalement satisfaisante ?

Il est important d’exploiter au mieux les résultats d’une courbe débit volume chez

l’enfant. Malheureusement si les critères de maximalité ne sont pas respectés aucun des paramètres de la courbe débit volumes ne peuvent être considérés comme fiables. Si par contre les critères de maximalité sont respectés, avec toutefois la présence d’une expiration incomplète mais supérieure à une seconde, seule le VEMS et le DEP seront interprétables. Si l’expiration forcée, bien que maximale est même inférieure à la seconde, seule le VEM0.5 (volume maximal expiré en 0.5 seconde) pourra être pris en compte. En effet, comme nous l’avons vu dans un précédant chapitre, le volume résiduel, les débits instantanés et le rapport de tiffeneau seront toujours surestimés en cas d’expiration maximale mais incomplète.

Dans le cas où aucune courbe ne présente un caractère de maximalité faut il pour autant toutes les rejeter ? Certes non, car ces courbes représentent ce que l’enfant a pu faire de mieux. Ainsi, il faudra sélectionner la meilleure courbe, définie par la somme VEMS + CV ou VEM0.5 + CV la plus élevée et de noter dans le compte rendu associé les critères non respectés pour permettre un suivi longitudinal satisfaisant.

V) Interprétation de l’EFR et valeurs de référence

V-1) Intervalle de confiance

L’interprétation des résultats, chez le grand enfant ne diffère pas de celle utilisée chez l’adulte. Chaque valeur obtenue lors de la réalisation d’une EFR est présentée en valeur absolue et en pourcentage par rapport à une valeur de référence donnée par une équation de prédiction qui tient compte des caractères anthropométrique et de l’âge du sujet étudié. Mais la simple connaissance de ce pourcentage est insuffisante pour savoir si la valeur mesurée peut être considérée normale, ce qui ne permet pas une interprétation satisfaisante. En effet, il faut également connaître la variabilité de la valeur de référence par rapport à sa valeur absolue. Ainsi plus le rapport entre l’écart type d’une valeur de référence et sa valeur absolue est grande, plus la différence entre valeur de référence et valeur mesurée devra être importante pour considérer cette dernière comme statistiquement anormale. Ainsi un seuil arbitraire de 70 % par rapport à la norme, en dessous duquel une valeur est considérée comme anormale est à proscrire puisqu’il ne tient pas compte de l’écart type de la valeur de référence ni de la valeur absolue de la valeur mesurée.

Une valeur est considérée comme statistiquement anormale lorsqu’elle sort de l’intervalle de confiance. Cet intervalle de confiance a été défini dans les dernières recommandations de 2005 [6]. Un paramètre de l’EFR sort de l’intervalle de confiance lorsqu’il est inférieur au 5ème percentile ou supérieur au 95ème percentile par rapport à la valeur de référence. Cet intervalle de confiance doit figurer dans tout compte rendu d’EFR. Ainsi pour chaque valeur mesurée 3 résultats doivent figurer :

a) la valeur absolue b) la valeur en % par rapport à la valeur de référence c) le positionnement de la valeur par rapport à l’intervalle de confiance. La valeur absolue est importante pour juger de la variabilité des mesures. Le

positionnement de la valeur par rapport à l’intervalle de confiance est important pour juger de la normalité de la valeur. Normalement les valeurs anormales, c'est-à-dire qui se situent en dehors de l’intervalle de confiance doivent apparaîtrent sur le compte rendu soit en rouge soit associées d’un signe distinctif (astérix, entre parenthèse….). La valeur en pourcentage par rapport à la norme permet de juger de la gravité de l’atteinte. Chez l’adulte la gravité de la chute des débits ou des volumes a été bien précisée à partir d’études de morbidité ou de mortalité. Elle est représentée à titre indicatif dans le tableau I traduit des recommandations 2005 [6].

Tableau I : Sévérité des anomalies spirométriques basée sur le VEMS

Degré de gravité VEMS en pourcentage de la norme

Faible > 70

Modéré 60-69 Modérément sévère 50-59

Sévère 35-49 Très sévère <35

Ce genre d’étude de suivi de morbidité et mortalité n’a jamais été faite chez l’enfant.

Ainsi actuellement il est impossible de savoir si ce barème de gravité est également valable chez eux.

Les paramètres mesurés au cours d’une EFR sont nombreux et il faut rappeler que chez 10 % des sujets saints on peut retrouver un paramètre anormal de façon fortuite [11]. Bien qu’aucune étude de ce type n’ait été réalisée chez l’enfant, il est probable que le pourcentage retrouvé pourrait être même supérieur. L’interprétation des courbes débit-volume fera l’objet d’un atelier spécifique, et ne sera donc pas abordé en détail ici.

V-2) Les équations de prédiction

Actuellement le consensus sur les valeurs normales de l’enfant n’existe pas. Ceci nous amène à insister sur la possibilité que doit offrir tout logiciel d’acquisition d’EFR enfant de donner à l’opérateur à tout moment le choix entre les différentes équations de prédiction proposées dans la littérature scientifique et la possibilité de pouvoir insérer sa propre équation.

Idéalement ces équations de prédiction utilisées doivent provenir d’une population similaire à celle étudiée en terme de caractéristiques anthropométriques, de race, de localisation géographique, et doivent avoir été établies à partir du même type d’équipement.

Les études proposant des équations de prédiction souffrent généralement de plusieurs écueils : le premier est le caractère transversal avec une évaluation des paramètres spirométriques chez des enfants regroupés par tranche d’âge. En effet les équations proposées à partir de la droite régression linéaire ne tiennent pas compte du pic de croissance pubertaire, et il existe un risque important d’erreur notamment au niveau des zones d’intervalle d’âge. Les études longitudinales sont beaucoup plus satisfaisantes, mais le nombre de sujets nécessaires pour obtenir des valeurs théoriques doit être plus important. De plus, beaucoup de ces études aux valeurs extrêmes d’âge de la population étudiée, surestiment ou sousestiment les valeurs, en raison du faible nombre de spirométries techniquement acceptables obtenues à ces âges, et la nécessité parfois d’extrapolations hasardeuses.

Ainsi il est important lorsque l’on choisit une équation de prédiction de bien vérifier que les valeurs proposées pour l’âge de la population que vous allez mesurer, ne proviennent pas d’une extrapolation, ou que le nombre d’enfant de cet âge inclus dans l’étude soit très faibles. Les recommandations de 2005 [6], concernant le grand enfant européen, proposent d’utiliser les normes obtenues par l’étude de Quanjer et al. [6]. Ces normes couvrent une large période de l’enfant puisqu’elle va de 6 à 21 ans, avec des équations différentes en fonction du sexe de l’enfant. Par rapport à d’autres normes proposées et qui semblent être plus pratiques d’utilisation puisque recouvrant une population d’enfant et d’adultes [12, 13], ces normes recommandées offrent plusieurs avantages. En effet, contrairement au deux précédentes, grâce à une transformation logarithmique dans l’étude de Quanjer et al. [4] une relation linéaire est retrouvée entre les paramètres ventilatoires et la taille, qui est donnée ici pour deux paramètres à titre indicatif : Garçon : Ln VEMS = - 1.2933 + (1.2669 + 0.0174 × age (année) × taille (m) Ln FVC = - 1.2782 + (1.3731 + 0.0164 × age (année) × taille (m) Fille : Ln VEMS = - 1.5974 + (1.5016 + 0.0119 × age (année) × taille (m) Ln FVC = - 1.4507 + (1.4800 + 0.0127 × age (année) × taille (m)

Cette transformation logarithmique permet de mieux rendre compte des relations entre croissance pulmonaire et taille surtout pendant la période de croissance pubertaire où il n’existe pas de linéarité entre ces deux variables. Les deux autres études, qui couvrent une large part de la population, du fait de la non linéarité des mesures, accentuée par le passage de l’enfant à l’âge adulte, sont obligées de proposer des normes par tranche d’âge. Ainsi, l’utilisation de ces normes implique le principe d’un même stade pubertaire chez tous les enfants d’une même classe, ce qui en réalité n’est pas le cas. De plus, les variations des volumes pulmonaires sont très importantes particulièrement pendant la puberté, ce qui engendre des erreurs d’estimation. En effet, Subbarao et al. [14] ont montré sur une population de 70 enfants, que les meilleures valeurs prédictives étaient données par les études pédiatriques proposant une fonction linéaire par transformation logarithmique entre l’âge et les paramètres ventilatoires des sujets, dont celle de Quanjer et al. [4]. D’autres études pédiatriques retrouvent ce type de linéarité [15, 16], suggérant une réalité physiologique qui n’a pas été prise en compte par les études adultes couvrant la période de l’enfance. VI) Conclusion

Il existe un comportement naturel de tolérance vis-à-vis d’un enfant. Ceci est également vrai lorsque l’on réalise chez lui une courbe débit volume. Pour ne pas rendre des résultats erronés, il faut absolument considérer que l’exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant de plus de 6 ans n’est pas différente de celle de l'adulte. Ainsi le message principal de cet article est d’être aussi vigilant sur les critères de qualité vis-à-vis de l’enfant que chez l’adulte. Cela implique non seulement une bonne connaissance des recommandations mais en plus leur adaptation à l’enfant. En effet, compte tenu des plus faibles volumes pulmonaires mobilisés chez l’enfant, certains critères comme le temps expiratoire, le volume extrapolé, le plateau de fin d’expiration et la variabilité de la mesure doivent être adaptés à l’enfant.

Concernant les valeurs de référence, elles doivent provenir d’études présentant un nombre similaire de sujets pour l’ensemble des tranches d’âge proposées et ne doivent en aucun cas faire appel à des extrapolations. Actuellement il n’existe pas de consensus sur les différentes adaptations pour l’enfant des différents paramètres de qualité, ainsi que sur les normes de référence. Ainsi, les valeurs proposées peuvent varier en fonction de futures consensus à venir, ce qui implique de la part des appareils d’acquisition possibilité de modification par l’opérateur des valeurs seuil des critères de qualité ainsi que des références utilisées.

VII) Références 1. Ingram RH, Jr., Schilder DP: Effect of gas compression on pulmonary pressure, flow, and volume relationship. J Appl Physiol 1966; 21(6): 1821-6. 2. Mead J, Turner JM, Macklem PT, Little JB: Significance of the relationship between lung recoil and maximum expiratory flow. J Appl Physiol 1967; 22(1): 95-108. 3. Krowka MJ, Enright PL, Rodarte JR, Hyatt RE: Effect of effort on measurement of forced expiratory volume in one second. Am Rev Respir Dis 1987; 136(4): 829-33. 4. Quanjer PH, Tammeling GJ, Cotes JE, Pedersen OF, Peslin R, Yernault JC: Lung volumes and forced ventilatory flows. Report Working Party Standardization of Lung Function Tests, European Community for Steel and Coal. Official Statement of the European Respiratory Society. Eur Respir J Suppl 1993; 16: 5-40. 5. Standardization of Spirometry, 1994 Update. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 1995; 152(3): 1107-36. 6. Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, et al.: Interpretative strategies for lung function tests. Eur Respir J 2005; 26(5): 948-68. 7. Zamel N, Jones JG, Bach SM, Jr., Newberg L: Analog computation of alveolar pressure and airway resistance during maximum expiratory flow. J Appl Physiol 1974; 36(2): 240-5. 8. Arets HG, Brackel HJ, van der Ent CK: Forced expiratory manoeuvres in children: do they meet ATS and ERS criteria for spirometry? Eur Respir J 2001; 18(4): 655-60. 9. Pellegrino R, Rodarte JR, Brusasco V: Assessing the reversibility of airway obstruction. Chest 1998; 114(6): 1607-12. 10. Meslier N, Racineux JL, Six P, Lockhart A: Diagnostic value of reversibility of chronic airway obstruction to separate asthma from chronic bronchitis: a statistical approach. Eur Respir J 1989; 2(6): 497-505. 11. Glindmeyer HW, Lefante JJ, McColloster C, Jones RN, Weill H: Blue-collar normative spirometric values for Caucasian and African-American men and women aged 18 to 65. Am J Respir Crit Care Med 1995; 151(2 Pt 1): 412-22. 12. Knudson RJ, Lebowitz MD, Holberg CJ, Burrows B: Changes in the normal maximal expiratory flow-volume curve with growth and aging. Am Rev Respir Dis 1983; 127(6): 725-34. 13. Hankinson JL, Odencrantz JR, Fedan KB: Spirometric reference values from a sample of the general U.S. population. Am J Respir Crit Care Med 1999; 159(1): 179-87. 14. Subbarao P, Lebecque P, Corey M, Coates AL: Comparison of spirometric reference values. Pediatr Pulmonol 2004; 37(6): 515-22. 15. Corey M, Levison H, Crozier D: Five- to seven-year course of pulmonary function in cystic fibrosis. Am Rev Respir Dis 1976; 114(6): 1085-92. 16. Lebecque P, Desmond K, Swartebroeckx Y, Dubois P, Lulling J, Coates A: Measurement of respiratory system resistance by forced oscillation in normal children: a comparison with spirometric values. Pediatr Pulmonol 1991; 10(2): 117-22.

L'exploration fonctionnelle respiratoire de l'enfant de moins de 6 ans a t'elle un sens ?

Docteur Francis Amsallem

Introduction L’exploration fonctionnelle respiratoire (E.F.R.) apporte au clinicien des informations indispensables à la prise en charge optimale des affections respiratoires de l’enfant qui permettent la détection des anomalies, leur caractérisation et leur suivi. Elle est en théorie réalisable quelque soit l’âge mais avec une difficulté variable De plus, entre l’E.F.R. du grand enfant chez lequel sont directement applicables les techniques de l’adulte, et l’E.F.R. du nourrisson qui dispose de techniques spécifiques validées, existait un vide concernant l’E.F.R. du jeune enfant, entre 3 et 6 ans, dans cette tranche d’âge ou l’on ne doit compter que sur une coopération limitée. Cette situation était d’autant plus inacceptable que dans le même temps la pathologie respiratoire des jeunes enfants augmentait considérablement et de nouveaux traitements inhalés étaient disponibles. Ceci explique les efforts de standardisation dont a bénéficié cette exploration, suivant deux directions principales : la standardisation de la spirométrie d’une part et la mise au point de méthodes spécifiques. Avant d’envisager ces deux points il parait important de rappeler les éléments qui font la spécificité de cette exploration. I Particularités de l’enfant de moins de 6 ans et conséquences sur les conditions de la mesure EFR A partir de 6 ans une E.F.R. peut être demandée et réalisée comme chez le grand enfant ou l’adulte : la mise en confiance est naturelle et instantanée, les ordres sont rapidement compris et les manœuvres respiratoires exécutées sans difficultés, y compris les manœuvres forcées. Entre 3-6 ans la réalisation d’une EFR demande plus de temps, de patience, de savoir-faire pédiatrique et doit tenir compte de certaines limitations spécifiques de cet âge. Le résultat n’est obtenu que si l’information est correctement donnée et comprise, la manœuvre physiologiquement réalisable et la coopération maximale. Le premier temps, est a mise en confiance du jeune enfant : elle n’est ni spontanée ni immédiate et doit donc être gagnée faute de quoi l’échec est garanti, l’opérateur se voyant opposer caprices et pleurs, modalités comportementales possibles voire fréquentes à cet âge. Cette mise en confiance résulte d’un ensemble de facteurs. En premier lieu l’environnement doit être aménagé pour que acclimater ce jeune enfant et « gommer » le caractère quelque peu hostile et effrayant de l’instrumentalisation propre aux laboratoires d’EFR. Les parents jouent un rôle primordial dans la mise en confiance de l’enfant. La période 3-6 ans est en effet celle ou l’autonomie s’acquiert progressivement : à 3 ans ce n’est qu’un grand bébé « collé » à ses parents alors qu’a 6 ans c’est un petit être autonome proche de l’âge de raison . De plus cette acquisition se fait avec une vitesse propre à chaque enfant de sorte qu’on ne peut en fixer de standard en fonction de l’âge. L’EFR commence donc par l’observation du comportement de l’enfant permettant de jauger le niveau d’autonomie et déterminera stratégie opératoire. La présence des parents et leur participation active à l’examen nous parait constituer un facteur de réussite indispensable au succès de l’entreprise. C’est dire la nécessité de leur expliquer préalablement le déroulement de l’examen. Les autres facteurs relèvent de la patience indispensable à la réalisation de toute activité dans cette tranche d’âge et d’un certain savoir faire pédiatrique permettant de s’adapter à la variété des comportements présentés par les jeunes enfants dans ces

conditions. Cette confiance gagnée ne l’est jamais définitivement : elle peut, à tout moment, être remise en question, parfois pour des raisons minimes, inattendues voire de simples détails. Il importe donc de la maintenir tout au long de l’examen, la versatilité étant une autre caractéristique du comportement de cet âge. Les logiciels incitatifs sont une aide précieuse pour obtenir son adhésion (« on va faire un jeu ») et optimiser sa participation nous y reviendrons. Pour être réellement incitatifs ils doivent être ludiques, facile à comprendre et parfaitement adaptés, dans leur conception graphique et les thèmes abordés, à cette tranche d’âge, En plus de ce contexte psychoaffectif existent dans cette tranche d’âge des particularités physiologiques limitant les possibilités de réalisation d’une EFR. La première limitation est la labilité de l’attention et de la concentration chez eux : de ce fait les examens doivent être de courte durée. De plus l’ergonomie doit favoriser cette concentration par la proximité par rapport à l’enfant des appareillages (écran) et de l’opérateur .La deuxième limitation physiologique est d’ordre motrice : les capacités musculaires et la coordination neuromotrices ne sont pas celles du grand enfant, expliquant l’impossibilité d’obtenir, chez tous et à tout coup une manœuvre d’inspiration et d’expiration forcée de qualité acceptable. Ce sont elles qui ont conduit à développer des méthodes purement passives. Ces particularités et leurs conséquences sur la faisabilité de l’EFR avant l’âge de 6 ans sont réunies dans le tableau 1 Tableau 1 : Particularités de l’enfant de 3-6 ans et conséquences sur l’EFR : 3-6ans >6ans Conséquences pour l’E.F.R

. < 6ans Autonomie Partielle Acquise Présence indispensable des parents

Contrôle émotionnel fragile

Acquis Mise en confiance indispensable

Rapport à l’autorité caprices Obéissance

Mise en confiance indispensable

concentration limitée Bonne Durée limitée de l’examen Proximité des appareils de l’opérateur

Activité principale

Jeu

Ecole

Importance des logiciels incitatifs

Possibilités musculaires Coordination

+ +

+++ +++

Manœuvres forcées incomplètes Méthodes passives

II Les méthodes actives : la Spirométrie La spiromértie est la méthode d’exploration fonctionnelle respiratoire la plus utilisée en pratique clinique et c’est tout naturellement cette méthode qui a été tentée en premier chez les jeunes enfants

1. Le principe et l’appareillage : Ils sont identiques à ceux utilisés chez le grand. C’est le débit-mètre, appareil de faible encombrement qui permet de linéariser le flux aérien et qui est relié à un capteur de pression différentiel. Il permet la mesure des débits par l’application de la loi de Poiseuille qui établit une relation de proportionnalité entre la différence de pression en 2 points du pneumotachographe et le débit qui le traverse. L’étendue de la gamme de linéarité des capteurs actuels rend inutile le recours, comme c’était le cas pour les Fleish, à plusieurs capteurs en fonction de l’âge de l’enfant. Ils sont désormais disposables et pourvus de filtres antibactériens. Les données sont numérisées et traitées par un logiciel spécifique. Les volumes sont obtenus par simple intégration des débits

2. Le déroulement de l’examen L’examen est réalisé soit comme chez le plus grand en position assise soit en position debout comme le permettent les recommandations de 1995 [1, 2]. Les recommandations antérieures prônaient la position debout du fait la CVF étaient démontrée plus grande en position debout [3]. Il importe donc de préciser la position dans laquelle la mesure a été faite. L’enfant respire calmement dans le pneumotachographe les narines bouchées par un pince nez. Là encore certains enfants y sont réfractaires et l’on peut se passer de pince nez, Chavasse ayant montré qu’il n’influençait pas les résultats de la CVF et du VEMS [4]. La manœuvre demandée à l’enfant est identique à celle demandée à l’adulte : inspiration maximale puis expiration la plus véloce et la plus longue possible. La qualité de l’explication de la manœuvre est fondamentale : sa formulation doit s’adapter au niveau de compréhension pour en rendre le contenu accessible quelque soit l’âge. Il est souvent nécessaire de décomposer la manœuvre en plusieurs temps en expliquant et faisant réaliser chaque temps séparément pour obtenir au bout de plusieurs essais le résultat visé. A ce stade les logiciels incitatifs jouent un rôle important, induisant par le jeu l’adhésion de l’enfant, sa réalisation correcte de la manœuvre et sa motivation pour donner le meilleur de lui-même [5]. Il sont utiles pour apprivoiser l’enfant et l’entraîner à réaliser correctement la manœuvre : plusieurs jeux sont souvent nécessaire chacun l’entraînant à une partie de la manœuvre. Ce ne sont cependant que des accessoires, utiles standardisés et de ce fait indispensables mais qui n’opèrent qu’en complément du facteur humain que constituent la présence et les encouragements de l’opérateur et plus encore ceux des parents. C’est d’autant plus vrai chez les plus petits chez lequel l’opérateur devient l’acteur principal du succès et souvent l’imitation de la manœuvre se montre la technique la plus efficace

3. Les paramètres et leur signification : - La CVF et le VEMS :

Ce sont des volumes, exprimés en L et en % de la valeur attendue. La différence capitale entre le jeune enfant et le grand tient dans son incapacité à réaliser une expiration forcée prolongée : ainsi le temps d’expiration forcée est inférieur à 1 seconde chez nombre d’entre eux (80% des moins

de 4ans) rendant par définition impossible la mesure du VEMS . De plus même lorsque la manœuvre est correctement réalisée et qu’un VEMS est obtenu, son interprétation doit tenir compte du fait que les jeunes enfants vide leurs poumons plus rapidement que les grands : avant 6 ans le rapport VEMS/CV est presque toujours > 90% même en présence d’une pathologie respiratoire. De ce fait des volumes maximaux à 0,75 secondes (VEM0,75) et à 0,50 secondes ont été proposé en remplacement [6]. Cependant leur capacité à objectiver l’obstruction bronchique reste à évaluer.

a. Les débits bronchiques On retrouve les paramètres de la courbe débit volume du grand enfant : débit de pointe (DEP) et débit à 75% (DEM75%) de la CVF, paramètre dépendant de l’effort réalisé et de la perméabilité des petites voies aériennes, débits à 50% et débit entre 25 et 75% (DEM 50% et DEM25-25%), non effort dépendant et témoins de la perméabilité des voies aériennes périphériques. Ceux-ci ne sont réellement informatif qu’en présence d’une manœuvre forcée maximale. Compte tenu des difficultés à obtenir une telle manœuvre chez le jeune enfant et de l’absence de consensus sur les critères de maximalité de cette manœuvre la validité de la mesure des débits instantanés reste à établir.

4. La validation de la mesure Des critères de validation de la mesure de la courbe d’expiration forcée ont été proposés depuis longtemps chez l’adulte [1-3]. Ils portent sur l’instantanéité du début de l’expiration forcée (critère de début), sur le caractère maximal de la manœuvre forcée (critère de fin de test) et sur la reproductibilité de la mesure sur plusieurs essais. Peut on les appliquer chez l’enfant ? Plusieurs études, chez des enfants normaux ou asthmatiques ont tenté d’y répondre [6-11]. Les résultats des premières en date concluaient à l’inadaptabilité globale de ces critères, orientant la pratique de l’EFR des jeunes enfants vers les mesures passives de résistances. Ces dernières livrent cependant moins d’information que la mesure des débits forcés et de ce fait la courbe débit-volume n’a pas été abandonnée. L’introduction des logiciels incitatifs et les efforts actuels de standardisation lui ont rendu une place de choix dans l’EFR du jeune enfant. Il est un critère d’appréciation de qualité supplémentaire, fondamental, bien que subjectif et qui précède les autres : l’analyse morphologique de la courbe

a) L’inspection de la courbe C’est en effet la première étape de la validation. Elle permet l’exclusion de courbes présentant un défaut évident : toux, fermeture glottique double expiration pendant l’expiration forcée. Elle permet d’analyser la fin de courbe, permettant d’exclure celles présentant visiblement un arrêt brutal et prématuré. Bien que par définition subjective elle est essentielle dans l’attente de critères quantitatifs validés implémentés dans les logiciels

b) Les critères de début de courbe Ils sont exprimés par le volume extrapolé (VbE). Ce volume doit être inférieur à 5% de la CVF ou à 150mL pour l’ATS et 1OOml pour l’ERS. Le critère ATS (150ml) est clairement trop important par rapport au volume total et n’a aucune peine à être remplis par 95% des 446 enfants dans l’étude de ARETS alors que le critère ERS (100ml) l’est par 60% des enfants[8]. 150ml représentent en effet près de 15% de la CV d’un enfant de 4 ans. Le critère alternatif de 5% qui dans ce cas situerait le volume extrapolé maximal à 50ml parait plus réaliste : il est remplis par la quasi-totalité (91%) des 446 enfants dans l’étude de Arets mais seulement 27% des 59 enfants

de 2-5ans de l’étude d’Aurora [6]. Le VbE a été dans cette étude mesurée à 65±17mL représentant 7,2±2,8% de la CVF qui conduit à la proposition de la part de ces auteurs de réexaminer la courbe lorsque VbE dépassent ces limites (82ml et 9,2%)

Critères de début de test Arets

8-11 ansArets <8ans

Aurora

Nb 175 36 59 VbE<5% VbE<150mLVbE<100mL

81% 96% 62%

77% 98% 78%

27%

VbEml 65±17mL VbE/CVF % 7,2±2,8%

c) Le critère de fin de courbe

Il est exprimé par la durée de l’expiration forcée (TEF). Les recommandations adultes exigent un temps supérieur à 6secondes. Ce critère est clairement inadapté, même au grand enfant, satisfait chez moins de 9% des moins de 8 ans de l’étude de Arets (15% pour l’ensemble des 446 sujets) et ne peut donc être retenu chez le jeune enfant. Lorsque il a été mesuré chez de jeunes enfants le TEF s’est situé en effet à moins de 2 secondes : 1,7± 0,3 secondes dans l’étude de Crenesse chez 335 enfants asthmatiques ou tousseurs, 1,56 dans l’étide de Nève chez 178 enfants asthmatiques de 3-5 ans et 1,5± 0,7 dans l’étude d’aurora chez 59 enfants de 2 à 5ans. Dans cette étude si 80% des plus de 5 ans sont capables de produire un VEM de plus de 1 secondes il ne sont plus à moins de 4 ans que 40% à pouvoir le faire. D’autres obtiennent de meilleurs résultats,90% des 603 enfants sains de 3-6 ans étant capables dans l’étude de Nystad d’expirer totalement en plus d’une seconde[12]. Les conséquences sont importantes à considérer : d’une part, le VEMS ne devrait apparaître que pour les courbes ayant un TEF>1seconde, d’autre part des volumes maximaux à un temps moindre comme le VEM 0,50 devrait être systématiquement disponibles dans les spirométries des moins de 6ans

Critères de fin de test Arets

<8ans Arets 8-11ans

Aurora Crenesse Nystad Nève

TEF> 6sec 8,6% 13% TEF (sec) 1,5± 0,7 1,7± 0,3 1,5 TEF>1sec 40% < 4ans

80%>5ans 90%

d) Le critère de reproductibilité

Il est exprimé par une différence de volume de moins de 200ml entre les 2 meilleurs VEMS et les 2 meilleurs CVF pour l’ATS et 100ml ou 5% pour l’ERS. Là encore ces critères ne sont pas adaptés, au moins ceux de l’ATS aux petits volumes des jeunes enfants : de fait si la quasi-totalité (83%) des enfants <8 ans de l’étude de Arets sont capables de produire 2 courbes avec une CVF<5%, ils ne sont que 40% dans celle de Kanengiser et 59% dans l’étude de Aurora chez les moins de 5ans,. Dans cette étude, la différence moyenne entre les 2 meilleurs CVF est de 34ml

(16-63) et de 3,5% (1,7-7). A partir de là est faite une proposition à 100ml et 10% pour la différence maximale acceptable entre les 2 meilleures courbes. Comme chez l’adulte la non satisfaction à ce critère n’invalide pas la mesure.

Critères de reproductibilité Arets

<8ans 36

Arets 8-11ans

175

Aurora Kanengiser Nystad Crenesse

ΔCVF< 200ml ΔCVF <100ml ΔCVF < 5%

100% 91% 83%

100% 86% 90%

59%

75% 40%

63%

ΔCVF ml ΔCVF %

N=446 (5-19ans)2,3±2,1

34 (16-63) 3,5 (1,7-7)

9,4%

6,7%

ΔVEM 0,75 ml ΔVEM 0,75 %

32 (11-53) 3,4 (1,4-5,2)

Coeffitient de variation

9,4%

e) Déterminants de la reproductibilité : L’évaluation de la reproductibilité nécessite la réalisation d’un certain nombre de mesures : 6 mesures selon recommandations ATS adultes, mais il est évident que ce nombre est excessif dans la tranche d’âge considérée ou l’ensemble des études se contentent le minimum c’est à dires 2 mesures validées, 3 idéalement[13]. Cette position parait réaliste d’autant qu’il est montré que la réalisation d’essais supplémentaires n’augmente les valeurs trouvées que de 2,5 à 3% ( Nathan SP 1979 chest) et que dans la moitié des cas le meilleur des 3 tests est le premier [10]. Les facteurs de cette reproductibilité ont été déterminées par l’étude de Studinicka chez 543 enfants âgés de 7 à 10 ans : Les résultats globaux montre une variabilité importante d’un examen à l’autre, plus prononcée pour les débits maximaux instantanés médians comme le DEM50% que les volumes maximaux comme le VEMS et la CVF [9]. Ainsi 10% de ces enfants ont une variabilité à court terme de leur VEMS qui excède 120ml. Les déterminants de la reproductibilité des mesures sont dans cette étude l’âge, la reproductibilité augmentant avec l’âge, le sexe, les filles produisant des mesures plus reproductibles, l’entraînement à la mesure et la pathologie. 57% des asthmatiques, 33% des enfants ayant une HRB montrent en effet une variabilité excessive contre respectivement 9% des non asthmatiques et 8% des enfants ayant une HRB. Au total, le tableau ci-dessous résume les critères de validité des mesures spirométriques retenus à partir des études récentes chez le jeune enfant sain

Critères de validité des mesures spirométriques chez le 3-6ans Aurora Stocks

(Aurora, 2004 #26)

Arets (Arets, 2001 #28)

Eigen (Eigen, 2001 #33) (naïf)

Nystad (Nystad, 2002 #32)

Morphologie de la courbe

Bonne +Elimination

artéfacts

Id

Id

VI>VT

Id

Critères de début VbE<80ml VbE< 12,5%

VbE < 120ml

DEP individualisé

DEP individualisé

DEP individualisé

Critères de fin TEF

TEF > 1sec TEF > 1sec Arrêt brutal Débit>25%DEP

Reproductibilité ΔCVF < 10% ΔCVF < 100ml

ΔCVF< 5%

ΔCVF< 5%

Nombres courbes acceptables

2 2 2

Paramètres CVF VEMS (si TEF > 1 sec) VEM 0,75 VEM 0,50

5. Les résultats

a. Faisabilité l’EFR chez les 3-6 ans : L’obtention de 2 mesures ainsi validées varie de 75% à 97% : 90% à 97% chez les sujets sains [6, 9, 12, 14]. Chez les enfants porteurs de pathologie respiratoireles chiffres sont comparables 87% chez les mucoviscidosiques [15] et 75% à 87% chez les asthmatiques [10, 11]. Il est donc possible d’obtenir un résultat interprétable chez plus de ¾ des jeunes enfants.

b. Applicabilité des critères proposés

Compte tenu du caractère récent de ces études de validation de la spirométrie des jeunes enfants peu de données sont disponibles pour en vérifier la pertinence. L’équipe de Lille vient de publier une étude qui est la première à notre connaissance et la seule ayant étudié l’applicabilité des critères d’Aurora : Elle a concerné une population de 207 jeunes enfants asthmatiques 42 mucoviscidosiques et 37 enfants sains âgés de 2 à 5 ans [11] 87% d’entre eux (178) ont été capables de produire après entraînement avec un logiciel incitatif 2 courbes acceptables. La population ne comprenant que 7 enfants de 2ans l’étude repose sur les 171 enfants de 3-5 ans

ayant produit 2 courbes acceptables. Cette étude a en outre permis la détermination de seuils optimaux, c'est-à-dire réalisés par au moins 85% des enfants, pour les critères de validation :

b. Critères de début :

Vbe ≤ 75ml et ≤ 10% du meilleur effort défini par la meilleure somme CVF+VEMS. Il réintroduit dans les critères de début de courbe un temps minimal pour atteindre le DEP qui ne fait pas partie des critères d’Aurora : Temps au DEP ≤ 120 msec.

c. Les critères de reproductibilité :

La différence maximale acceptable entre les 2 meilleures courbes est fixée à ≤110ml et 10% pour le VEMS et le VEM 0, 50 et 100ml et 10% pour la CVF Comme dans l’étude de Studnicka les facteurs améliorant significativement la reproductibilité sont l’âge et le sexe les garçons étant à la traîne des filles

d. Les critères de fin de tests :

Le TEF moyen est de 1,56 secondes. Cependant 69% seulement de l’ensemble et une minorité des 3ans sont capables de faire un TEF > 1 sec.

A partir de là, les auteurs proposent donc comme critères de validation:

Vbe ≤ 75ml et ≤ 10% CVF Temps au DEP ≤ 120 msec ΔVEMS , ΔVEM 0, 50 et ΔCVF ≤110ml et 10% entre les 2 meilleures courbes

6. Valeurs de référence : - 3 études récentes ont établi des valeurs spirométriques de références sur un nombre

de sujets conséquents [12, 14, 16]. Le tableau suivant en donne les principales caractéristiques et les équations prédictives

Eigen Indianapolis

2001

Nystad Oslo 2004

Zappletal Prague

2003 Nb de sujets 214 603 173 Nb de Blanc 86% NP 100%

Age (ans) 5±1 4,5±1,5 3-6 Taille 108±8 109±7 9O-130

Position Debout Assis Debout CVF Log CVF=

2,95 logT-13,63 G= 0,079 T- 1,93 F= 0,0337 T-2,52

Log CVF = 2,76logT-12 ,88

VEMS Log VEMS= 2,63 logT-12,26

G+F= 0,0277T-1 ,92 G= 0,0295T-2,11

F= 0,0251T-1,66

Log VEMS = 2,58logT-12,06

VEM O,50 G= 0,0210T-1,35 F= 0,0192T-1,17

- Comparaison des valeurs de références : Les valeurs données par ces 3 études concernant le VEMS et la CVF sont proches et se recoupent (Zappletal , Nystad) comme le montre le tableau ci-dessous, donnant les valeurs de référence de la CVF selon ces études en fonction de la taille . De plus, celles de Eigen sont proches des normes antérieurement publiées par Knudson et par Polgar. L’étude de Nystad est la seule à donner des normes de VEM0,5 : on peut remarquer qu’elles ne se différencient du VEMS qu’à partir de 1m et que les valeurs ne diffèrent pas selon le sexe.

CVF EIGEN NYSTAD ZAPPLETAL90cm 0,701 0,631 0,654 100cm 0,956 0,844 0,876 110cm 1,266 1,098 1,140 120cm 1,630 1,396 1,450

VEMS EIGEN NYSTAD ZAPPLETAL90cm 0,653 0,573 0,637 100cm 0,862 0,850 0,836 110cm 1,108 1 ,127 1,070 120cm 1,390 1,404 1,339

VEM0 ,5 NYSTAD

G F 90cm 0,540 0,558

100cm 0,750 0,750 110cm 0,960 0,942 120cm 1,170 1,134

- Aurora donne également des valeurs de référence mais chez seulement 37 sujets :

Elles montrent un bon recoupement avec celles de Eigen surtout si l’on ne considère que les enfants de race blanche. Elles diffèrent significativement de celles de Nystad. Ces études ne montrent pas de différences selon le sexe

7. Conclusion

On assiste depuis quelques années à un regain d’intérêt pour la spirométrie du jeune enfant, un temps délaissée au profit des méthodes passives. Des mesures satisfaisantes peuvent la plus part du temps être obtenues. La qualité des informations qu’elle apporte mérite l’investissement en temps et disponibilité de l’opérateur pour les obtenir La standardisation de ces mesures et l’établissement de valeurs normatives admises par tous est le résultat attendu pour les prochaines années, sous l’impulsion d’un groupe de travail émanant de l’ATS et de l’ERS. III Méthodes passives : La mesure des résistances respiratoires Les méthodes sont dites passives lorsque elles ne demandent q’une coopération minimale de la part de l’enfant, à savoir accepter un embout buccal et respirer normalement dans un débit-mètre : elles sont donc réalisées à volume courant et doivent être simples et de courte durée. La mesure des résistances répond à ces exigences que ce soit celle des résistances pléthysmographiques (RVA), des résistances mesurées par oscillations forcées (Rsr) ou par interruption du débit (Rint). Elles ont pour points communs leur faisabilité par l’immense majorité des jeunes enfants et leur principe de mesure : rapport d’une pression reflétant la

pression alvéolaire (pression boîte pour RVA, pression buccale pour les deux autres) à un débit aérien. Nous n’envisagerons que la technique des Rint dans cet exposé.

1. Définition et principe de la mesure des Rint La mesure des Rint est basée sur l’hypothèse qu’une occlusion instantanée des voies aériennes provoque arrêt instantané du débit aérien dans les voies aériennes et une augmentation correspondante de la pression, celle-ci s’égalisant instantanément de la bouche à l’alvéole. Dans ces conditions, la variation de pression buccale (Pint) égale la variation de la pression alvélolaire (Palv). Son rapport au débit (V’) avant occlusion définit la Rint. La Rint s’apparente à une résistance de l’ensemble du système respiratoire (Rsr), prenant en compte la résistance des voies aériennes mais aussi la résistance visqueuse pulmonaire et la résistance de la cage thoracique. Elle est influencée par la compliance des voies aériennes supérieures.

Rint = '

intV

P

Bien sûr ni l’occlusion ni l’égalisation de pression ne peuvent être instantanées mais si le temps de fermeture est inférieur à 20ms et l’occlusion brève (1OOmsec) , la mesure de Rint obtenue garde une pertinence clinique [17]

2. Intérêt : La mesure des Rint ne nécessite qu’un appareillage simple et de faible encombrement. Elle répond aux exigences de la mesure de la fonction respiratoire dans cette tranche d’âge : facilité de réalisation, rapidité, reproductibilité et coopération minimale de la part de l’enfant. C’est de ce fait la plus largement utilisée des mesures de résistances. C’est celle qui a s bénéficié du travail de validation le plus important à travers l’étude multicentrique française [18-21]. C’est ainsi la seule pour laquelle ont été proposée une procédure de validation standardisée et des valeurs normatives, pour laquelle a été appréciée sa capacité à détecter l’obstruction et enfin testée sa sensibilité pour juger de l’effet d’un bronchodilatateur et du niveau d’hyperréactivité bronchique.

3. Mesure de la Rint

a. Appareillage : L’appareillage nécessaire à la mesure des Rint est représenté par un débit-mètre muni d’un interrupteur de débit consistant, dans l’appareillage ayant été utilisé dans l’étude multicentrique française ( spirodynR) en un disque rotatif et un capteur de pression adapté à la mesure de la pression buccale. L’interruption étant l’élément définissant la résistance à mesurer, le système d’occlusion doit répondre à des exigences techniques parfaitement codifiées : espace mort et résistance minimaux, délai mécanique minime (<20ms) et durée d’occlusion faible (100msec).

b. Conditions de mesure : L’enfant respire calmement, à volume courant, connecté au débitmètre par un embout buccal de faible espace mort (30ml), son nez étant pincé. La mesure est effectuée en position assise, la tête maintenue en position neutre, les joues et le menton maintenus pour ainsi rigidifier les voies aériennes supérieures et ainsi assurer une transmission optimale de la pression à l’occlusion. Ce maintien est fondamental sous peine de sous-estimer la mesure des Rint {[22]. Chez les plus

jeunes, rétifs à l’embout buccal un masque être utilisé, à condition que la respiration reste buccale. Chez 25 enfants ayant réalisé la mesure au masque (Rendell-Baker) et à l’embout buccal nous avons en effet trouvé une parfaite similitude Rint. D’autres ont validé la mesure chez des enfants de 2 à 6 ans en utilisant un masque spécialement conçu (Astratech N°2 Astra Dannemark) pour induire une respiration buccale : il devient alors un auxilliaire appréciable, « améliorant la compliance et favorisant la reproductibilité des mesures »[23, 24].

c. Interruption : Après 3cycles respiratoires à volume courant et fréquence identique, l’interruption du débit est déclenchée manuellement par l’opérateur et les mesures de débit et de pression buccale sont effectuées. Une seule interruption est réalisée par cycle, soit en inspiration (Rint insp) soit en expiration (Rint exp). L’acquisition des données est rapide, l’interruption du débit peu perturbante pour l’enfant et de ce fait la mesure est aisément renouvelable. .

c. Mode de calcul de la Rint Si la mesure du débit avant occlusion ne pose aucun problème, la détermination de la pression buccale définissant la Pint est plus sujet à discussion. Après l’interruption du débit, la pression buccale évolue en 2 phases: une montée brutale associée à des oscillations de fréquence élevée qui s’amortissent rapidement puis une phase de plateau légèrement ascendant. La première est liée à l’équilibration rapide de la pression entre la bouche et l’alvéole ainsi qu’aux effets directs de cette brutale augmentation de pression sur les voies aériennes et la cage thoracique. La seconde phase correspond aux seuls effets de l’équilibration lente de la pression dans les voies aériennes. Plusieurs méthodes ont été proposées pour déterminer la pression qui va au mieux refléter la Pint : Celle retenue dans l’étude PHRC Rint est la méthode de la régression linéaire arrière à partir de 2 points situés à 30 et 70 ms à 15msec après l’interruption (figure 1), parce que la plus fiable [25].

Figure 1 : Calcul de la Pint par la méthode de régression linéaire arrière

d. La validation de la mesure [18]

Un soin particulier doit être apporté à la validation de la mesure. C’est tout là tout le mérite de l’étude multicentrique d’en avoir standardiser la procédure, permettant de diminuer la variabilité des résultats et rendant possible la comparaison des résultats de centres différents [18]. C’est donc cette procédure de validation que nous rapportons , les auteurs des autres études existantes restant très « frileux » sur ce point. A cette fin, après chaque mesure, doivent être affichées sur l’écran les valeurs de volume courant et de fréquence avant l’interruption, du débit à l’interruption, de la Pint et de la Rint.. Pour chaque série de mesure, la moyenne, la médiane et le cœfficient de variation doivent être donnés De plus un graphique des valeurs de pression buccale en fonction du débit doit également être disponible. La procédure de validation se fait en 3 étapes :

- la première est basée sur l’inspection visuelle des courbes du volume courant et de la pression buccale pendant l’interruption. L’inspection de la trace du volume courant permet d’éliminer les Rint mesurées au cours de cycles perturbés, ceux trop irréguliers et ceux où l’enfant a parlé, toussé, avalé ou s’est arrêté de respirer. L’inspection de la courbe de pression buccale post occclusion permet d’éliminer les Rint pour lesquelles sont présentes des anomalies évidentes : absence sur la première phase de montée brutale de la pression ou d’oscillations, aspect aberrant de la deuxième phase de plateau ascendant.

- La deuxième phase de la procédure de validation repose sur l’analyse visuelle du graphe X/Y de la Pint en fonction du débit permettant d’éliminer les valeurs aberrantes de la pression buccale en fonction du débit, trop basse indiquant une fuite autour de l’embout buccal ou trop haute indiquant une fermeture glottique.

- La troisième étape est effectuée par le logiciel qui élimine les Rint pour lesquelles le débit s’écarte de plus de 1DS du débit moyen.

e. Nombre de mesures :

7 mesures ainsi validées sont nécessaires pour déterminer la Rint moyenne, ne s’écartant pas de plus de 20% de cette valeur moyenne. La réalisation de mesures validées supplémentaires est inutile, ne renforçant pas le résultat et ne modifiant pas le cœfficient de variation (R.Boukari,Am.J.Resp.Crit.Care Med.1197;155:A380). Au total une dizaine d’acquisitions de Rint sont nécessaires pour obtenir 7 mesures validées.

f. Expression des résultats :

La Rint est donc la valeur moyenne de 7 mesures et est exprimée en exprimé en kPa L-1sec Dans l’étude normative multicentrique le coeffitient de variation moyen a été de 11,1± 3, 4 pour la RintI et 12,1± 3,2 pour la RintE[18].

g. Rint expiratoire ou inspiratoire : Contrairement aux études antérieures [13, 22, 26] nous n’avons pas trouvé de différences entre les Rint mesurées à l’inspiration ou l’expiration dans l’étude multicentrique [18] rejoignant par là les résultats de Lombardi [27] et de Merkus [28]. Cependant il convient d’être prudent et il est recommandé par ces auteurs de rapporter séparément les résultats de Rint selon la phase du cycle respiratoire où la mesure a été effectuée. Du fait de la bronchodilatation inspiratoire des voies

aériennes l’évaluation de la pathologie bronchique la Rint expiratoire sera préférentiellement utilisée. Par contre lors du test d’hyperréactivité bronchique à la métacholine, la Rint inspiratoire sera préférée du fait de l’effet de celle-ci sur les voies aériennes supérieures [20].

4. Intérêt clinique de la mesure des Rint

h. Valeurs de références - Pendant longtemps, en l’absence de valeurs de référence, l’intérêt de ces mesures de Rint

résidait essentiellement dans la mesure de l’effet d’un bronchodilatateur. La publication de normes ces dernières années [18, 27, 28] change la donne et permet de poser un diagnostic de syndrome obstructif. Qui plus est l’étude multicentrique française a en outre clairement défini les critères de validation des mesures qui jusque là faisaient cruellement défaut. Leur efficacité est démontrée par l’équivalence, en terme de variabilité de la mesure, entre les résultats de cette étude multicentrique et ceux d’études issues d’un centre unique. Notre étude a porté sur 91 enfants de 2 à 7 ans (5,3 ± 1,4 ans en moyenne) et les résultats sont comparables à ceux de Lombardi chez 284 enfants issus d’un même centre et inférieurs à ceux de Merkus chez 54 enfants, mais ni les coeffitients de variation ni la procédure de validation ne sont précisés. De plus cette étude ne comprend que peu de « petits » ( 16 < 110cm contre 39 dans notre étude). Les déterminants des équations prédictives sont rapportées dans le tableau ci-dessous. Il n’a pas été retrouvé de différences selon le sexe.

Tableau : Déterminants des équations prédictives de Rint des 3 études normatives

Rint = a(Tcm) +b a b IC Rint

95%, ICRint 95%,

Rint I BD

0,78± 0,21 0,66±0,18

-0,0137 (0,00189)

2,289 (0 ,2142) 59 -146 ± 0,33 {Beydon, 2002 #8}

Rint E BD

0,78±0,20 0,69±0,19

-0,112 (0,001989)

2,021 (0,2255) 56 - 147 ± 0,35

Rint I 0,74± 0,21 -0,0137 (0,0017) 2,276 (0,1936) {Lombardi, 2001 #12} Rint E 0,7 3±0,22 -0,0125 (0,0019) 2,127(0, 2079)

Rint I -0,016 2,61 {Merkus, 2001 #13} Rint E -0,017 2,59

- D’autres études récentes rapportent des valeurs de référence de Rint : McKenzie avec des

résultats comparables chez le 2-5 ans[29], Klug avec des valeurs supérieures Chez 121 enfants de 2 à 7ans mais en utilisant une méthode de calcul un peu différente prenant en compte la composante tissulaire visco-élastique du système respiratoire[24].

b. Effet d’un bronchodilateur

L’effet d’un bronchodilatateur dans un groupe d’enfant atteint de pathologie respiratoire ne peut se faire que par comparaison avec l’effet mesuré dans un groupe d’enfants sains. L’étude multicentrique est la première et la seule à avoir mesuré les effets d’un B2mimétique sur la mesure des Rint chez des enfants sains (n= 91). Les résultats montrent une bronchodilatation significative chez le jeune enfant sain, diminution retrouvée à la fois sur la Rint I que la Rint E[18]. La variation s’étend de -46% à +22% pour la résistance expiratoire chez 95% des enfants comme le montre le tableau ci-dessous :

Tableau : variation de la Rint lors du test de réversibilité chez 91 enfants sains

Δ Rint Pré-Post

IC95%

Rint I

-15%

-46 à +15%

Rint E

-12%

-46 à +22%

c. Détection de l’obstruction

- La mesure des Rint est un outil utile pour détecter l’obstruction des voies aériennes chez les jeunes enfants porteur de pathologie respiratoire Ainsi une corrélation positive a été trouvée entre la mesure des Rint et celle du gold standard le VEMS chez 107 enfants [26]. Elle donne des résultats comparables aux autres mesures de résistances chez le jeune enfant [23]. Ainsi elle est corrélée à celles de Raw chez les enfants asthmatiques ou mucoviscidosique lorsque l’obstruction n’est pas sévère( VEMS>60%){[28], résultats en accord avec ceux de Oswald mammosser m pp 2000 29 213 220[30].

- Résultats de l’étude multicentrique : - Rint chez les enfants asthmatiques [21]

Nous avons dans l’étude multicentrique comparé les Rint de 74 enfants à celles de 84 enfants sains d’âge poids et taille comparables. 85% prenait un traitement corticoïde inhalé. Les résultats montrent une augmentation de la RintE (p<0,001), avec des valeurs dépassant l’intervalle de confiance à 95% chez 15% d’entre eux.

Sains Astmatiques

CRF, L 0,82±0,2O 0,80±0,26 Ns Rint E 0,77±0,20 0,92±0,22 P<0,001 Rint E % 101±22 118±23 P<0,0001

Le deuxième résultat trouvé concerne l’effet des bronchodilatateurs : Il est plus important chez les asthmatiques que chez les sujets sains même en éliminant ces 15% de sujets dépassant l’intervalle de confiance. De plus les valeurs post bronchodilatateurs restent plus élevées que celles du groupe témoin.

Sains Asthmatiques

Rint E BD 0,68±0,18 0,74±0,18 P<0,003 Rint E %BD 88,4±19,6 94,8±19 P<0,05 ΔRintE% B 11,2±15,2 18,6±13,6 P<0,001 ΔRintE%P 12,6±17,8 23,2±19,2 P<0,001

Le troisième résultat concerne la détermination du cut-off permettant de séparer asthmatiques de sujets sains sur la réponse aux bronchodilatateurs. Les résultats montrent que une variation de 35% de la RintE post bronchodilatateur par rapport à la valeur prédite a une spécificité de 92% et une sensibilité de 24%.

Dans la littérature l’augmentation des Rint chez l’asthmatique a été corrélée à la diminution du VEMS , démontrant sa capacité à détecter l’obstruction bronchique [26].

- Rint chez les enfants porteurs de Mucoviscidose

Les études de la fonction respiratoire chez les jeunes enfants porteur de mucoviscidose sont peu nombreuses [31-33]. L’étude multicentrique a comparé les Rint de 39 enfants muco à 79 enfants témoins. Ces enfants ont un poids et une taille inférieurs à ceux des enfants sains mais un BMI comparable.95% ont une insuffisance pancréatique externe 77% sont porteur d’une mutation sur le gène ΔF508. 31/39 sont porteurs de signes respiratoires et 10/39 sont portueurs chroniques de Pseudomonas Aeroginosa. La CRF de ces enfants ne diffère pas de celle des témoins.Les enfants muco ont une valeur moyenne de RintE supérieure à celle des enfants sains . Leur cœfficient de variation de leurs Rint est identique à celui des enfants sains (11,9±3,6 pour 12±3,5 chez les enfants sains) . Après inhalation de bronchodilatateur les Rint diminuent significativement chez les enfants muco mais pas de façon différente de celles des enfants sains

Sains Muco RintE 0,80±0,20 1,05±0,36 P<0,0001 RintE BD 0,70±0,19 0,91±0,31 P<0,001 RintE BD% -12,4±18,6 -16,5±25,6 NS Zscore-RintE 0,19±0,97 1 ,31±1,72 P<0 ,0001 Zscore-RintE BD -0,36±0,91 0,53±1,47 NS

Ni le génotype ni la colonisation à pseudomonas n’influencent la mesure des Rint par contre le tabagisme passif augmente significativement les Rint des enfants muco. Il n’est pas inintéressant de constater que 21% de ces enfants n’avaient jamais présenté de signes respiratoires

- Toux chronique

La mesure des Rint s’est avéré être un outil utile pour la recherche d’une hyperréactivité bronchique par le test à la métacholine. Elle fait l’objet d’une mise au point spécifique

d. Interprétation des mesures en pratique

Au vu de ces résultats et en particulier des résultats des études normatives on peut avancer qu’une mesure de Rint à 150% est en faveur d’une obstruction des voies aériennes, se situant au-delà de l’intervalle de confiance à 95%. Une diminution des Rint, lors du test de réversibilité, de 35% par rapport à la valeur prédite est en faveur d’un asthme. Conclusion La mesure des Rint est une méthode simple et facile pour évaluer la fonction respiratoire des jeunes enfants, ne nécessitant qu’une coopération limitée. Les conditions de sa mesure, en particulier la procédure de validation de cette mesure, sont maintenant bien établies. Des normes sont disponibles permettant la comparaison des données mesurées à des valeurs de référence. Références 1. Standardization of Spirometry, 1994 Update. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 1995; 152(3): 1107-36. 2. Quanjer PH, Tammeling GJ, Cotes JE, Pedersen OF, Peslin R, Yernault JC: [Lung volumes and forced ventilatory flows. Work Group on Standardization of Respiratory Function Tests. European Community for Coal and Steel. Official position of the European Respiratory Society]. Rev Mal Respir 1994; 11 Suppl 3: 5-40. 3. ATS statement--Snowbird workshop on standardization of spirometry. Am Rev Respir Dis 1979; 119(5): 831-8. 4. Chavasse R, Johnson P, Francis J, Balfour-Lynn I, Rosenthal M, Bush A: To clip or not to clip? Noseclips for spirometry. Eur Respir J 2003; 21(5): 876-8. 5. Vilozni D, Barker M, Jellouschek H, Heimann G, Blau H: An interactive computer-animated system (SpiroGame) facilitates spirometry in preschool children. Am J Respir Crit Care Med 2001; 164(12): 2200-5. 6. Aurora P, Stocks J, Oliver C, et al.: Quality control for spirometry in preschool children with and without lung disease. Am J Respir Crit Care Med 2004; 169(10): 1152-9. 7. Kanengiser S, Dozor AJ: Forced expiratory maneuvers in children aged 3 to 5 years. Pediatr Pulmonol 1994; 18(3): 144-9. 8. Arets HG, Brackel HJ, van der Ent CK: Forced expiratory manoeuvres in children: do they meet ATS and ERS criteria for spirometry? Eur Respir J 2001; 18(4): 655-60. 9. Studnicka M, Frischer T, Neumann M: Determinants of reproducibility of lung function tests in children aged 7 to 10 years. Pediatr Pulmonol 1998; 25(4): 238-43.

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Le test d'hyper réactivité bronchique est-il un examen superflu et

dangereux chez l'enfant ?

Docteur Francis Amsallem

1. L’hyperréactivité bronchique (HRB)

1.1. Définition La définition de l’hyperréactivité bronchique est descriptive et fonctionnelle : C’est une réponse excessive des voies aériennes à des stimuli non allergéniques de faible intensité qui ne provoquent pas semblable réponse chez les sujets normaux. Elle est caractérisée par une broncho-constriction [1]. L’hyperréactivité bronchique est recherchée par les tests de provocation bronchique qui quantifient la réponse bronchique à des stimuli broncho-constricteurs en établissant une courbe dose de bronchoconstricteur figure1

Figure 1 : courbes dose réponse à l’histamine

chez des sujets normaux et asthmatiques

Le terme d’hyperréactivité bronchique regroupe en fait 2 notions différentes, illustrées sur la figure1 : la notion d’hypersensibilté ou d’abaissement du seuil de réactivité, définie par le déplacement vers la gauche de la courbe dose-réponse et la notion de sévérité définie par la pente de cette courbe.

1.2. Mécanismes Les mécanismes de l’hyperréactivité bronchique mis en jeu sont multiples et complexes faisant intervenir une prédisposition génétique et des facteurs d’environnement. Cependant la place de l’inflammation allergique y tient une place fondamentale, expliquant la force du lien qui l’unit à l’asthme [2]. L’HRB fait en effet partie de la définition de l’asthme et de plus la sévérité de ses manifestations est directement corrélée à l’intensité de l’HRB[3]. Elle est de fait diminuée sous l’effet des traitements anti-inflammatoires qui cependant ne la font pas complètement disparaître, confirmant par là la complexité des mécanismes. Elle est dans ce cadre associée à un risque accru de détérioration de la fonction respiratoire [4]

L’HRB peut exister en dehors de l’asthme : son lien avec l’inflammation allergique explique qu’elle puisse être présente chez l’atopique non asthmatique souffrant simplement de rhinite [5] , corrélée alors au niveau de NO exhalé [6, 7]. Elle existe même chez l’atopique en dehors de toute maladie allergique [5]. L’HRB peut exister en dehors du cadre de l’atopie : son lien avec l’inflammation explique qu’elle soit observable dans les situations inflammatoires des voies aériennes, comme dans les BPCO ou après une infection virale des voies aériennes (hyperréactivité bronchique post virale) Enfin elle peut s’observer chez un petit nombre de sujets complètement asymptomatiques : elle ainsi démontrée chez 9% des 1513 enfants en bonne santé de 7-10ans de Pattemore, 7,5% des 547 de Rasmussen [3, 8].

1.3. Evolution de l’HRB au cours de la croissance Il existe une hyperréactivité bronchique physiologique chez le nourrisson sain[9] qui diminue avec l’âge [10]. Par la suite au cours de l’enfance, cette diminution se poursuit en parallèle avec l’évolution de la fonction respiratoire en particulier l’augmentation des débits bronchiques[11] et ce sans différence entre filles et garçons [12] A l’adolescence, les filles gardent un niveau d’hyperréactivité plus important, indépendamment de la fonction respiratoire de base , possiblement en rapport avec les modifications hormonales caractéristiques de cet âge [11] . Pour certains la plus grande réactivité chez les enfants les plus jeunes ne serait qu’un effet lié à la taille [13] mais cet effet confondant n’a pas été confirmé par les études ultérieures [14].

1.4. Mise en évidence L’HRB est mise en évidence par les tests de provocation bronchique. Ils se répartissent en 2 catégories : les tests directs ou pharmacologiques et les tests indirects ou physiques. Les premiers font appel à des agents pharmacologiques comme l’histamine, l’acetylcholine ou la métacholine qui agissent en effet « directement » sur les récepteurs du muscle bronchique provoquant sa contraction. Les seconds font appel à des stimuli induisant « indirectement » une bronchoconstriction par la stimulation de cellules inflammatoires et la libération de leurs médiateurs. Ils seraient de ce fait plus spécifiques de l‘asthme . L’exercice, l’hyperventilation en air sec, l’inhalation de solutions hyperosmolaires (, sérum salé, mannitol) appartiennent à ces derniers. Les tests de provocation bronchique ne sont pas donc équivalents, les différences tenant à la manière dont l’obstruction bronchique est obtenue : contraction seule du muscle bronchique pour les tests pharamacologiques, intervention de l’inflammation bronchique et de ses médiateurs pour les tests indirects. Les tests de provocation les plus standardisés et les mieux validés demeurent les pharmacologiques à l’histamine et surtout la métacholine : ils sont donc sont la référence, [15]. Il faut cependant souligner que ceci n’est vrai que chez l’adulte, chez l’enfant, en l’absence de consensus, la méthodologie des tests de bronchoconstriction diffère notablement selon les études [16, 17]

2. Le test de provocation à la métacholine

2.1. La métacholine La métacholine est un agent parasympathomimétique, analogue synthétique de l’acétylcholine. Elle stimule les récepteurs muscariniques postganglonaires parasympathiques, entraînant la contraction des muscles lisses des voies respiratoires. Cet effet est rapide avec un effet maximale 1 à 4 mn après administration et se prolonge 75mn environ , 12 à 150mn [18]. Elle subit une hydrolyse plasmatique rapide par l’acetylcholine-estérase. Elle se présente sous forme de poudre sèche en flacons de 1g à diluer dans des solutions stériles de chlorures de sodium à 0,9%. Si la stabilité de la forme lyophilisée peut atteindre 2 ans à une température de 2 à 8°C, celle des solutions diluées est moindre, quelques mois environ dans les conditions de conservations optimales (au froid et l’abri de la lumière). Elle est augmentée par l’utilisation de concentrations élevées [19].

2.2. Méthodologie Le test consiste à administrer des doses croissantes de métacholine et pour chacune de mesurer le paramètre fonctionnel jusque à obtention de la réponse bronchique ou de la dose maximale. Sa faisabilité chez les jeunes enfants est attestée par de nombreuses études que rejoint notre expérience [20, 21] C’est cependant un test relativement long (40 à 80 minutes), exigeant de ce fait de la part de l’opérateur d’autant plus de patience et de savoir faire pédiatrique que l’enfant testé est jeune. Des protocoles plus courts et donc plus adaptés à cette tranche d’âge ont été récemment proposés [22] Les conditions de sécurité sont prioritairement à envisager, ce test n’étant pas dénué de risques

2.3. Conditions de mesure Le test de provocation bronchique nécessite un préalable indispensable : l’examen médical de l’enfant comprenant un interrogatoire permettant de noter la symptomatologie, les antécédents familiaux et personnels, les traitements en cours et une auscultation pulmonaire de l’enfant. Il est complété par une mesure de la SaO2 par oxymétrie de pouls et par une mesure de la fonction respiratoire de base. Une courbe débit volume avec un VEMS<80% doit conduire à un test de réversibilité et non un test de provocation Il permet de repérer un certain nombre de contre indications au test qu’il faut respecter. Il s’agit des situations suivantes : Crise d’asthme récente, état respiratoire instable, infection respiratoire récente, VEMS < 80%, SaO2 < 95%, PtcO2 < 75mmHg. Un certain nombre de médicaments qui peuvent fausser le résultat du test doivent être arrêtés avec un délai variable avant le test. Il s’agit des Bronchodilatateurs avec un délai de : 8 à 12 heures pour ceux d’action rapide et 12 à 24 heures pour ceux d’action retardée. De même doivent être arrêtés les Anti-inflammatoires (Corticoïdes inhalés : 8 jours, Cromones : 5 jours), les Anti-histaminiques (15 jours) et les Anti-allergiques comme le Zaditen (1 mois) Pendant le test : La présence d’un médecin pendant toute la durée de l’examen et la possibilité de réaliser une nébulisation de ventoline sont des conditions indispensables pour sa réalisation dans des conditions de sécurité acceptable, compte tenu du risque de survenue d’un bronchospasme sévère Le retour à la normale de la fonction respiratoire de l’enfant est la condition d’arrêt du test

Une fois ces conditions de sécurité remplies le test peut se dérouler. Sa fiabilité que nous allons maintenant analyser va dépendre d’une part de la fiabilité de la dose de l’agent provocateur délivrée, d’autre part de la fiabilité de la mesure de la réponse bronchique d’autre part. 2.4. Mode d’administration de la métacholine

La métacholine est administrée sous forme d’aérosol généré par un nébuliseur. Deux techniques sont possibles : celle de la nébulisation continue et celle de l’inhalation unique. La première consiste à faire respirer à volume courant une solution de métacholine de concentration connue pendant un temps déterminée, une minute environ. La nébulisation est répétée toutes les 5 minutes en doublant la concentration de métacholine de 0,03 à 32mg/ml. Elle a ainsi l’avantage de ne demander qu’une coopération minimale à l’enfant mais reste imprécise sur la dose réellement délivrée. La deuxième technique est plus précise et fait appelle à un dosimètre. Le dosimètre est un nébuliseur pneumatique muni d’une valve électrique ne permettant la délivrance de l’aérosol que pendant l’inspiration. Il est ajusté pour délivrer un volume connu (2µl à 5µl) d’aérosol en un temps déterminé et adapté aux possibilités pédiatriques (0,6secondes) dès le début de l’inspiration. En connaissant la concentration de métacholine utilisée il est possible de calculer la dose délivrée. La calibration du nébuliseur par la méthode des pesées est le seul moyen de s’assurer de la validité de la dose délivrée. La manœuvre respiratoire demandée à l’enfant pour réaliser cette inhalation est d’inspirer de son niveau expiratoire de repos jusque à sa capacité pulmonaire totale et de faire une apnée de 3 secondes au moins ce que sont capables de faire la plus part des enfants et même les plus jeunes. Il faut néant moins être vigilant chez eux pour s’assurer de la bonne inhalation.

La première inhalation ne comprend selon les recommandations que le solvant : elle définit la valeur de référence [15]. Puis des doses croissantes de métacholine sont ensuite délivrées de 50µg à la dose cumulée maximale de 800µg par doublement successifs. La réponse bronchique est mesurée à la 3ème minute de sorte que l’intervalle entre 2 doses n’excède pas 5mn condition nécessaire pour rester dans les conditions d’un effet cumulatif. Le test est arrêté lorsque la réponse bronchique est obtenue ou après la dose de 800µg. Un aérosol de ventoline est systématiquement alors administré (400µg) via une chambre d’inhalation

2.5. Mesure de la réponse bronchique

2.5.1. Chez le grand enfant la mesure de la réponse bronchique fait appel à la mesure des

débits au cours de la manœuvres d’expiration forcée, le VEMS étant, comme chez l’adulte, le paramètre de référence. Celle ci est alors exprimée par la dose cumulative de métacholine provoquant une chute de 20% du VEMS (PD20)

2.5.2. Chez le jeune enfant, incapable de réaliser ces manœuvres forcées, la mesure de la

réponse bronchique fait appel à des techniques passives comme la mesure des résistances respiratoires et celle de pression transcutanée en oxygène (PtcO2).

Parmi les mesures de résistances, celle de la Rint occupe une place de choix. La Rint doit être mesurée dans ce cas de préférence en inspiration pour prévenir la fermeture glottique possiblement induite par la metacholine [23]. La méthode de calcul de la Rint qui donne les meilleurs résultats est celle de la régression linéaire arrière (RintL) [20] [24]. Une chute de 35% est la plus discriminative de la réponse bronchique [21]. Elle donne des

résultats comparables au VEMS [25]. Cependant cette méthodes à ses limites : si sa spécificité est bonne (100%) sa sensibilité l’est moins de l’ordre de 79%. Elle n’est donc pas recommandée de l’utiliser comme seul indice de la réponse bronchique [20]. D’autres mesures de résistances ont été utilisées au cours des tests de provocation comme la résistance des voies aériennes (RVA) par méthode pléthysmographique ou les résistances du système respiratoire par oscillations forcées (Rsr) : elles donnent sensiblement les mêmes résultats que celle des Rint [26]

2.5.2.1.En dehors de ces mesures de résistances une méthode qui se singularise par sa fiabilité a été spécifiquement développée et validée pour ce test: c’est la mesure de la pression transcutanée en oxygène ( PtcO2). C’est en effet le paramètre qui a montré la plus grande sensibilité et la moindre variabilité C’est une mesure non invasive qui ne nécessite que la pose d’une électrode cutanée et de ce fait est bien tolérée. Cette électrode est chauffée de façon à obtenir une artérialisation des capillaires cutanés et la température de chauffage doit chez l’enfant être supérieure (44°C) à celle utilisée chez le nourrisson du fait d’une épaisseur cutanée plus importante Au cours du test à la métacholine elle reflète les modifications du rapport ventilation perfusion secondaires à la bronchoconstriction [27] . Le monitoring concomitant de la PtcCO2 est recommandé : la stabilité de son tracé permet garantir de l’absence d’irrégularités respiratoires pouvant conduire à des modifications de la Ptc02 (Holmgren) La fiabilité de la PtcO2 pour évaluer la réactivité bronchique a été démontrée chez l’enfant d’âge scolaire et l’adulte [28] Une diminution de 20% de la PtcO2 est le signe d’une réponse bronchique significative [28, 29] parfaitement corrélée avec une chute de 20% du VEMS. Chez le jeune enfant les études ont montré sa bonne corrélation avec l’augmentation des résistances [20, 21, 24-26, 30] . Le tableau 1 en montre les principaux résultats

Tableau 1 : corrélations ΔPtcO2/ ΔRint Au cours des tests à la métacholine

Références Age Nb ΔPtcO2 % dose max

ΔRint % dose max

Phagoo (24) 5 10 - 21±4 + 44±24 Phagoo (30) 3 12 -22±5 +40±20

Klug (26) 2-4 20 -33±12 +72±30 Bisgaard (25) 4-6 21 -22± 7 +66±34 Beydon (20) 4-6 22 -27±10 + 35±24 Beydon (21) 4-6 47 -22 +38

2.6. Analyse des résultats Il est admis, en se référant aux études chez l’adulte, qu’il existe une hyperréactivité bronchique, lorsque le référentiel fonctionnel respiratoire change de façon significative pour une dose cumulée µgr800≤ [15]. L’HRB est ainsi dite forte pour des doses provocatrices µg200≤ , moyenne pour celles comprises entre 200 et 800 et faible pour celles > 800µg.

3. Pertinence clinique 3.1. HRB et asthme du nourrisson Les études sont peu nombreuses, l’étude de l’hyperréactivité bronchique étant beaucoup plus difficile chez le nourrisson pour de multiples raisons dont en tout premier lieu les contraintes liées à la mesure de la fonction respiratoire à cet âge (prémédication). La dose de métacholine réellement délivrée y est plus incertaine. Le rôle possiblement confondant de la taille a été souligné Ceci peut expliquer en partie les résultats contradictoires publiés : absence de lien entre les symptômes et l’augmentation de la réactivité bronchique après une bronchiolite aigüe [31] et dans l’asthme du nourrisson [16]. 3.2. HRB et asthme du grand enfant Le lien entre l’asthme et l’HRB est fort , 98% des asthmatiques présentant une HRB [3, 32]. De plus le niveau d’hyperréactivité bronchique est corrélé à l’importance des symptômes [3], abaissé par les traitements anti-inflammatoires inhalés. De fait sa mesure se révèle plus efficace, pour adapter le traitement anti-inflammatoire inhalé, que les seuls signes cliniques et la fonction respiratoire [33]. L’évaluation des tests de provocation bronchique pour le diagnostic de l’asthme montre une très bonne spécificité de 88 à 97% mais une bien moindre sensibilité de 30 à 50% [3, 34, 35]. C’est donc un test surtout utile au diagnostic d’exclusion de l’asthme (Joseph-bowen J AJRCCM 2004). Il faut souligner dans le cadre de l’asthme la valeur des tests indirects comme le test d’effort qui permettent un diagnostic différentiel avec les autres causes de bronchopathies choniques qui peuvent s’accompagner d’une HRB lors des tests directs [36] 3.3. HRB et toux chronique Le premier diagnostic à éliminer devant une toux chronique de l’enfant est l’asthme, du fait de sa fréquence dans ce cadre [37] et des implications thérapeutiques. En l’absence de sifflements et d’anomalies de la fonction respiratoire de base le diagnostic peut être difficile. C’est dans ce cadre que les tests de provocation sont le plus utiles à l’échelle individuelle : la découverte d’une HRB permet de rattacher cette toux à l’asthme (toux équivalent d’asthme) et de poser l’indication d’un traitement corticoïde inhalé. L’intensité de l’HRB est cependant moindre que celle observée chez les siffleurs [38]. De plus la découverte d’une HRB chez les enfants porteur d’une toux chronique a une valeur pronostic les études prospectives ayant montré qu’elle constitue un facteur de risque accru de développement d’un asthme [39, 40]

3.4. HRB chez les sujets asymptomatiques Une HRB peut exister chez un petit nombre de sujets asymptomatiques , mise en évidence par les études de cohortes : ainsi sur les 1037 enfants suivis de la naissance à 26 ans 547 sont asymptomatiques au plan respiratoire à 9ans . Parmi ces derniers 7, 5% présentent une HRB. Celle-ci les expose à un risque accru d’asthme [8]. De plus Elle constitue un facteur de risque accru dans la croissance limitée du VEMS [41].Ainsi la présence d’une HRB chez des sujets asymptomatiques doit inciter à une surveillance respiratoire attentive. Ceci rejoint les études qui montrent un lien entre la présence d’une HRB à 1 mois de vie et le développement d’un asthme à 6ans.

Conclusion

Le test de provocation bronchique à la métacholine est, chez l’enfant tousseur chronique, un examen dont l’utilité en pratique clinique quotidienne est incontestable, permettant de discerner ceux qui relèvent d’un traitement antiasthmatique. C’est un test facile à réaliser, même si plus long qu’une simple EFR et sans danger à condition d’en respecter les conditions de sécurité. Sa méthodologie doit s’adapter à l’âge de l’enfant, exigeant d’autant plus de patience dès qu’il s’adresse aux plus jeunes. Il devrait bénéficier dans les années à venir des progrès attendus en matière de standardisation de la fonction respiratoire des jeunes enfants. References

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Chapitre II

Exploration fonctionnelle à l’exercice

Standardisation des épreuves d'effort chez l'enfant a) La consommation maximale d'oxygène chez l'enfant sain b) Indication et réalisation pratique des épreuves d'exercice chez l'enfant

Docteur Stefan Matecki

REVUE GÉNÉRALE

La consommation maximale d’oxygène chez l’enfant sain :facteurs de variation et normes disponiblesS. MATECKI, J. PRIOUX, F. AMSALLEM, J. MERCIER, C. PREFAUT, M. RAMONATXO , et le groupe « EFRpédiatriques » de la Société de Physiologie.

Laboratoire de Physiologie des Interactions, Service Central de Physiologie Clinique, Hôpital Arnaud de Villeneuve, Montpellier.

SUMMARY

Maximal oxygen uptake (V~O2max) in children: factors ofvariation and available norms

Aerobic physical fitness, in children, is assessed by measure-ment of the maximal oxygen consumption during exercise testing.Representative norms of the studied population are required forinterpretation. The aim of this article is to specify and review theavailable V~O2max norms and factors of variation, including: sex,anthropometric characteristics (height, lean body mass andweight) and physical activity level. Ideally, V~O2max norms should

include lean body mass and physical activity with an allometricequation. Since such norms do not exist today, interpretationremains diffıcult. In France, the must satisfactory norms for nontrained children include body mass without an allometric equation(boys: 47± 2 ml.mn.– 1kg– 1, girls: 40 ± 3 ml.mn.– 1kg– 1 with apost puberty decrease). Further studies on V~O2max norms thatinclude lean body mass and a physical activity questionnaire arerequired to improve exercise test interpretation in children.

Key-words:Children. Maximal oxygen uptake. Norm.

RÉSUMÉ

La consommation maximale d’oxygène chez l’enfantsain : facteurs de variation et normes disponibles

Chez l’enfant, l’aptitude physique aérobie s’apprécie parl’évaluation de la consommation maximale d’oxygène (V~O2max) aucours d’une épreuve d’exercice musculaire. Son interprétationnécessite l’utilisation de normes représentatives de la populationétudiée. Le but de cet article est à l’aide d’une revue de lalittérature de faire le point sur les normes de V~O2max et d’enpréciser les facteurs de variation. Ces derniers sont le sexe, lescaractéristiques anthropométriques (taille, masse maigre et massecorporelle totale) et l’activité physique. Idéalement, les normes deV~O2max devraient tenir compte de la masse maigre et de l’activité

physique à l’aide d’équations allométriques. Actuellement ellesn’existent pas, ce qui rend l’interprétation des épreuves d’effortchez l’enfant diffıcile. En France, les normes disponibles quisemblent les plus satisfaisantes chez l’enfant non entraîné tiennentcompte de la masse totale sans équation allométrique (garçon :47 ± 2 ml.mn.– 1kg– 1, fille : 40 ± 3 ml.mn.– 1kg–1 avec une faibledécroissance post pubertaire). Des études ultérieures sur lesnormes de V~O2max faisant intervenir la masse maigre et unquestionnaire d’activité physique seront nécessaires, afin defaciliter l’interprétation des épreuves d’effort chez l’enfant.

Mots-clés : Enfant. Consommation maximale d’oxygène.Normes.

Introduction

L’exploration de l’aptitude aérobie de l’enfant au cours detests d’exercice musculaire est un examen de plus en pluspratiqué. En effet, dans les milieux sportifs, il existe chez

l’enfant une intensification de la pratique précoce de sportsde haut niveau. L’évaluation de l’aptitude physique desjeunes athlètes permet aux fédérations de sport de structurerdes groupes de niveaux d’entraînement, d’élaborer des pro-grammes adaptés et d’autoriser des demandes de surclasse-ment. Dans le milieu médical, l’exercice a d’abord étéconsidéré comme un moyen de diagnostic de signes fonc-tionnels liés à l’activité physique, aussi différents quel’asthme induit par l’effort ou une anomalie du métabolismeénergétique [1]. De plus, les effets néfastes de la sédentaritéinduite par une pathologie chronique sont de mieux en mieuxconnus, et l’évaluation de l’aptitude physique devient lapremière étape d’une véritable thérapeutique basée sur leréentraînement [2].

Tirés à part :S. MATECKI, Laboratoire de Physiologie des Interac-tions, Service Central de Physiologie Clinique, Hôpital Arnaud deVilleneuve, 34295 Montpellier Cedex 5, France.E-mail : smatecki@aol.com

Réception version princeps à la Revue : 23.11.00.Retour aux auteurs pour révision : 05.04.01.Réception 1ère version révisée : 18.05.01.Acceptation définitive : 22.06.01.

Rev Mal Respir,2001,18, 499-506.© SPLF, Paris, 2001.

La consommation maximale d’oxygène (V~O2max) estl’ indicateur de la capacité du système de transport de l’oxy-gène et de son utilisation au niveau tissulaire [3]. Elle évaluenon seulement la capacité du système cardio-respiratoire àassurer un apport d’oxygène maximal aux muscles, maiségalement son utilisation au niveau du métabolisme énergé-tique de la fibre musculaire. La V~O2max est généralementconsidérée comme le reflet de l’aptitude physique aérobie del’enfant [4]. Elle s’apprécie par la mesure en cycle à cycledes échanges gazeux à la bouche au cours d’un test à chargecroissante.

De nombreux articles se sont intéressés à l’évolution de laconsommation d’oxygène chez l’enfant au cours de l’exer-cice musculaire. On retrouve chez des enfants de même âgedes valeurs de V~O2max qui diffèrent selon l’origine géogra-phique, le sexe ou l’activité physique. Cette disparité desvaleurs proposées rend l’appréciation des limites de la nor-male difficile. Le but de cette revue de la littérature est doncde faire le point sur les normes de consommation maximaled’oxygène disponibles en France, afin d’aider le cliniciendans l’ interprétation des résultats. L’utilisation de normes deV~O2max communes à l’ensemble des services d’explorationest également le premier pas indispensable pour proposerune standardisation de protocole d’ incrémentation de l’exer-cice afin de pouvoir comparer dans les différents centres lesvaleurs des paramètres sous maximaux de l’aptitude aérobie.

Différents types d’études

Dans la littérature sur l’aptitude aérobie de l’enfant, ilexiste deux types d’études. Le premier type est l’étudetransversale. Son but est d’obtenir des normes par tranched’âge, de poids ou de taille au sein d’une populationd’enfants. Le principal écueil de ces études est l’ inhomogé-néité à l’ intérieur d’un même groupe vis-à-vis du pic decroissance pubertaire [5]. De ce fait, l’ influence des proces-sus de développement sur la V~O2max au cours de la crois-sance peut être masquée. Si le nombre de sujets inclus estsuffisamment important, ces études apportent des valeurs deV~O2max pouvant servir de référence par catégorie d’enfantsmais peuvent difficilement rendre compte de son évolutionau cours de la croissance au sein d’une même population. Ledeuxième type est l’étude longitudinale [6] avec répétitionchez un même enfant du même test d’effort au cours de sacroissance. Ces études évaluent principalement les effets dela croissance et donc des processus de développement sur laV~O2max. Elles permettent d’obtenir des groupes de popula-tion plus homogènes. De plus, l’effet d’autres facteurs envi-ronnementaux influençant l’aptitude aérobie comme la pra-tique d’activité physique ou le régime alimentaire peuventêtre plus clairement évalués au cours de la croissance.

Influence du protocole d’incrémentation

DURÉE DU PROTOCOLE

Buchfuhrer et coll. [7] ont montré chez l’adulte que laV~O2max est plus élevée lorsque l’exercice dure en moyenneentre 8 et 17 minutes. En effet, d’après ces auteurs lorsd’épreuves plus courtes, les V~O2max sont significativementplus faibles probablement à cause d’une limitation de laforce musculaire en raison de paliers d’ incrémentationimportants. Les tests plus longs font intervenir une fatiguemusculaire, une limitation dans l’utilisation des substrats,une augmentation de température plus importante et uninconfort des sujets qui limite l’exercice et donc induisentdes V~O2max plus faibles [7]. Bien qu’à notre connaissanceaucune étude similaire n’ait été réalisée chez l’enfant,Rowland, [8] préconise une durée moyenne de 8 à 12minutes. Dans la littérature, la durée de l’exercice à chargecroissante varie en général entre 4 à 12 minutes.

TYPE D’ INCRÉMENTATION ET D’ERGOMÈTRE UTILISÉ

Chez l’adulte les paramètres maximaux de l’aptitude aéro-bie dépendent du type d’exercice ainsi que du protocoled’ incrémentation. En effet, la consommation maximaled’oxygène est significativement plus grande d’environ 10 %sur tapis roulant par rapport à l’ergocycle en raison princi-palement de la plus grande masse musculaire en jeu [9]. Cesrésultats semblent également se vérifier chez l’enfant[10-12]. Quant à l’effet du protocole d’ incrémentation lesavis sont partagés. Chez l’adulte, certains auteurs n’obser-vent pas de différence de V~O2max en fonction du protocole

utilisé [13-14], d’autres montrent une différence de V~O2maxessentiellement liée à la durée totale de l’exercice [15-16].Chez l’enfant, il existe peu d’études évaluant l’effet duprotocole sur les paramètres maximaux de la fonction aéro-bie [17]. Elles semblent montrer également une absenced’effet du type d’ incrémentation sur la V~O2max. Ainsi, paranalogie avec l’adulte, si une influence du protocole existechez l’enfant elle devrait être essentiellement due à la duréede l’ incrémentation.

Si l’on désire standardiser les protocoles afin d’obtenir desprofils d’ incrémentation proches et de durée équivalente,entre 8 et 12 minutes, comme le suggère Rowland [8], il estnécessaire que les différents centres utilisent des V~O2max

théoriques identiques. En effet, la V~O2max théorique permetd’apprécier la puissance maximale théorique que l’enfant estsusceptible d’atteindre de part son âge et ses caractéristiquesanthropométriques et ainsi de déterminer la valeur de l’ incré-mentation en watt par minute pour que l’exercice dureenviron 10 minutes.

Critères de maximalité

Pour que la V~O2max puisse être considérée comme maxi-male chez l’enfant, de nombreux articles utilisent les critères

500 S. MATECKI ET COLL.

retenus chez l’adulte [18] : aplatissement de la courbe d’aug-mentation de la V~O2max en dépit d’une incrémentationd’ intensité d’exercice, fréquence cardiaque stabilisée prochede la fréquence cardiaque maximale théorique, quotient res-piratoire supérieur ou égal à1.1 et impossibilitépour le sujetde maintenir la vitesse de pédalage initiale.

Quelques auteurs se sont intéressés spécifiquement à lavalidité de ces critères chez l’enfant [19-21]. Selon cesétudes, parmi les enfants ayant effectué une épreuve d’effortmaximale, seuls 28 % ont présentéces critères de maximalitéalors que leur V~O2max n’était pas statistiquement différentede celle des autres enfants étudiés.

En effet, chez l’enfant, les critères de maximalité sontmoins nets. Un plateau de V~O2 est rarement obtenu, et un picde V~O2 peut être considéré comme maximal. De même, lafréquence cardiaque maximale peut être très variable quelque soit l’âge et osciller autour de 200 ± 7 battements parminute. Au maximum de l’effort le quotient respiratoire peutprésenter des valeurs inférieures à 1 (0.99 ± 0.03). De plus,ces auteurs insistent tous sur l’ importance des critères sub-jectifs pour juger du caractère maximal du test d’effort,comme la sueur ou l’érythrose faciale. Récemment, Mahonet coll. [22] ont montré que le jeune enfant pouvait à l’aided’une échelle de Borg évaluer l’ intensité d’une épreuved’effort à charge croissante. Dans cette étude, les enfantsâgés de 10 ans en moyenne pouvaient évaluer distinctementl’ intensitéde l’effort au niveau respiratoire et musculaire. Deplus, les valeurs obtenues étaient reproductibles et compara-bles à une population témoin d’adultes. En raison de ladifficultéd’apprécier les critères subjectifs, l’auto évaluationde l’ intensitédu test d’effort àcharge croissante par l’échellevisuelle analogique doit avoir une place importante dans lescritères de maximalité d’une épreuve d’effort chez l’enfant.

Facteurs de variation de la V~O2max

La V~O2max augmente avec l’âge chez l’enfant [4], enraison de l’accroissement des dimensions corporelles. Lesprincipaux facteurs de variation qu’ il faut prendre en comptepour proposer des normes de V~O2max sont les caractéristiquesanthropométriques (masse totale, masse maigre, taille) et lesexe. Mais l’activité physique des enfants est importante àconsidérer. Elle modifie, en effet la relation entre caractéris-tiques anthropométriques et V~O2max. Ce facteur sera doncabordé en premier.

L’ACTIVITÉ PHYSIQUE

Le niveau d’activité physique est variable en fonction del’origine géographique des sujets car il fait partie intégrantede la spécificitéculturelle de chaque région. Ainsi les valeursdifférentes de V~O2maxpour une même tranche d’âge peuventêtre dues en partie aux variations du niveau d’activité phy-sique des enfants étudiés. Les études longitudinales évaluantl’effet de l’entraînement sur la V~O2max montrent cependant

des résultats contradictoires. Certains auteurs ne font pas étatde modifications de la V~O2max avec le niveau d’activitéphysique [23-25] alors que d’autres trouvent une améliora-tion de celle-ci avec l’entraînement (très variable d’une étudeà l’autre) [26-28]. Cette différence de résultats est due enpartie à l’ inhomogénéité des enfants étudiés tant du point devue de l’âge, du sport pratiqué, de l’ intensité que de lafréquence des programmes d’entraînement. Il semble quel’entraînement améliore la V~O2max dès l’âge de 10 ans [26,28, 29], mais les variations les plus importantes sont obser-vées à la période pubertaire [30, 31]. De même, le type desport pratiqué ainsi que la fréquence et la durée des séancesinfluence les variations de la V~O2max. Il est cependant actuel-

lement impossible de trouver des normes de V~O2max enfonction du type d’activité physique, du fait de l’extrêmevariation des différents entraînements et surtout de l’absencedans beaucoup d’articles de données concernant la nature etl’ intensité de celui-ci. Ainsi, des études évaluant la V~O2maxpour différents types d’activité physique en utilisant unprotocole d’épreuve d’effort standardisé sont nécessaires.

MASSE CORPORELLE TOTALE

La consommation maximale d’oxygène augmente avecl’âge et les caractéristiques anthropométriques [4]. Parmicelles-ci la masse corporelle totale est la plus facilementaccessible et la plus utilisée. Beaucoup d’équipes ont montréchez l’enfant une relation linéaire positive entre la massetotale et la V~O2max et rapportent des valeurs normalisées parle poids corporel total.

Ces valeurs exprimées en ml.min– 1.kg– 1 sont présentéessous forme d’un tableau (tableau I), ce qui permet de serendre compte de la variabilitéexistante d’une étude à l’autreaussi bien chez la fille que le garçon pour une même tranched’âge. Chez les garçons, de 10 à environ 16 ans, si d’aprèscertaines études il n’existe pas de différence significative dela V~O2max au cours de la croissance [32-40], pour d’autres la

V~O2max n’évolue pas de la même manière que la masse totaleet montre une diminution post pubertaire [41-44].

Les études évaluant la V~O2max chez les filles sont beau-coup plus rares, mais toutes montrent des valeurs plus faiblesque chez les garçons avec une décroissance post pubertaireprononcée [36, 45, 46]. Cette décroissance est expliquée parun pourcentage de masse grasse plus important chez les fillesen période post pubertaire associé à un niveau d’activitéphysique inférieur à celui des garçons.

L’évolution de la V~O2max avec les caractéristiques anthro-pométriques est mieux décrite par les équations allométri-ques [47]. Elles représentent une fonction puissance entre unparamètre physiologique : la V~O2max [Y] et un paramètreanthropométrique comme la masse [M] : Y = aMb. Cetteéquation reflète les variations respectives des deux paramè-tres, l’un par rapport à l’autre. En effet, la V~O2max peutaugmenter de la même manière ou plus ou moins vite que lamasse corporelle totale au cours de la croissance. Si le

CONSOMMATION MAXIMALE D’OXYGÈNE CHEZ L’ENFANT 501

TABLEAU I. — Consommation maximale d’oxygène chez l’enfant rapportée dans la littérature.

Auteurs et Pays Référence Cohortes et âgeau début de

l’étude

Act. Physique aumoment de l’étude

Type d’étude Protocole Valeurs

Nagle J et coll.USA

Eur J ApplPhysiol

1977 ; 36 :75-80.

120 G Non précisé Transversale Tapis roulant G : 54,7 ± 5,6 ml.min– 1 kg–

120 F Pente# F : 40,8 ± 4 ml.min– 1 kg– 1

14-17 ans

Daniels J etcoll.USA

Med Sci Sports1978 ; 3 : 200-3.

20 G en3 groupes

Sujet entraîné Longitudinale(4 ans)

Tapis roulant G : 61,5 ± 4 ml.min– 1 kg– 1

10 ans ; 12 ans ;13 ans

Intensité nonprécisée

Vitesse#Protocole non

précisé

Kobayashi K etcoll.Japon

J Appl Physiol1978 ; 44 :

666-72.

56 G en3 groupes

1 : 1,5 H.jour– 1,5 jours.sem.

Longitudinale(5 ans)

Tapis roulant Après 5 années d’entraînement :

1 : 9,5 ans(n = 7)

2 : 4 H.sem– 1 Pente# 1 : 47,5 → 63,2 ml.min– 1.kg– 1

2 : 12,5 ans(n = 43)

3 : Compétition Protocole nonprécisé

2 : 45 → 52,2 ml.min– 1.kg– 1

3 : 14,5 ans (n = 6) 3 : 63,4 → 73,4 ml.min– 1.kg– 1

Macek M etVavra J.Europe Est

Int J Sport Med1980 ; 1 : 70-2.

10 G 6 H.sem– 1 Transversale Cycloergomètre 52,8 ± 7,8 ml.min– 1 kg– 1

10,5 ± 0,6 ans 2 W.Kg– 1.3min– 1

Cooper D etcoll.USA

J Appl Physiol1984 ; 56 :

628-34.

58 G + 51 F :4 groupes

Absenced’entraînement

Transversale Cycloergomètre G1 : 42,6 ± 6. G2 : 50 ± 8 ml.min– 1.kg– 1

G1 (6-13 ans),F1 (6-11 ans)

≤ 9 ans :10 W.min– 1

G2 (14-17 ans),F2 (12-17 ans)

10-13 ans :15 W.min– 1

F1 : 38 ± 7, F2 : 34 ± 4 8 ml.min– 1.kg– 1

≥ 14 ans :20 W.min– 1

Décroissance post pubertaire chez F

Mercier J etcoll.France

Int J Sport Med1987 ; 8 : 26-30.

38 G G1 : 7 H.sem– 1 Longitudinale(2 ans)

Cycloergomètre 10 ans : G1 = G2 ≅ 50 ml.min– 1.kg– 1

10-14 ans G2 : 14 H.sem– 1 30 W.3min– 1 11,12 ans : G1 ≅ 50 ml.min– 1.kg– 1

G2 ≅ 53 ml.min– 1.kg– 1

13,14 ans : G1 ≅ 51 ml.min– 1.kg– 1

G2 ≅ 59 ml.min– 1.kg– 1

Sunnegardh J etBratteby L.E.Suède

Eur J ApplPhysiol

1987 ; 56 :266-72.

52 G + 49 F Absenced’entraînement

Transversale Cycloergomètre G1 : 52 ± 6 ml.min– 1.kg– 1 (poids total)G1 (8,7 ans),F1 (8,7 ans)

: 64 ± 7 ml.min– 1.kg– 1 (masse maigre)

G2 (13,8 ans),F2 (13,7 ans)

Protocole nonDétaillé

G2 : Idem (valeur constante avec l’âge)F1 : 45,9 ± 4 ml.min– 1.kg– 1 (poids total)

: 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 etcoll.France

Int J Sports Med1990 ; 11 :

456-60.

140 G G1 : < 4 H.sem– 1 Transversale Cycloergomètre G1 : 46 ± 6 ml.min– 1.kg– 1

Age : 10-15 ans 20 z 30W.min– 1

: 57 ± 7 ml.min– 1.kg– 1 (masse maigre)G2 : 6-10 H.sem– 1 G2 : 50 ± 5 ml.min– 1.kg– 1

Compétition : 61,6 ± 7 ml.min– 1.kg– 1 (masse maigre)

Docherty D etGaul CAAngleterre

Int J Sports Med1991 ; 12 :

525-32.

23 G + 29 F Non précisé Transversale Cycloergomètre G : 54 ± 7 ml.min– 1 kg– 1(poids total)Age : 11 ans. 16 W.min– 1

(< 45 Kg): 64 ± 7 ml.min– 1 kg– 1 (masse maigre)

32 W.min– 1

(> 45 Kg)F : 43 ± 5 ml.min– 1 kg– 1 (poids total)

: 57 ± 6 ml.min– 1 kg– 1 (masse maigre)

Sjödin B etSvedenhag JSuède

Eur J ApplPhysiol

1992 ; 65 :150-7.

12 G G1 : Entraîné Longitudinale(8 ans)

Tapis roulant G1 : 66,4 ml.min– 1.kg– 1

Age : 12 ans G2 : Non entraîné Protocole nonPrécisé

G2 : 160 ml.min– 1.kg– 0,75

Constante avec âge si facteur de corrélationQuantification ? = 1 pour sujet entraîné

= 0,75 pour non entraîné

Prioux et coll.France

Acta PhysiolScand

1997 ; 161 :447-58.

44G SemiLongitudinale

(3 ans)

Cycloergomètre G1 : 50 ± 5 ml.min– 1.kg– 1 (masse maigre)G1 : 11,2 ± 0,2 ans < 2 H.sem– 1 < 12 ans : 20

W.min– 1G2 : 54 ± 8 ml.min– 1.kg– 1 (masse maigre)

G2 : 12,9 ± 0,2 ans ≥ 12 ans : 30W.min– 1

G3 : 55 ± 6 ml.min– 1.kg– 1(masse maigre)G3 : 14,9 ± 0,3 ans Augmentation non significative avec l’âge

Légende : G : garçon ; F : fille ; Sem : semaine ; ml : millilitre ; min : minute ; Kg : kilogramme.

502 S. MATECKI ET COLL.

coefficient b est égal à 1, V~O2max et masse corporelle aug-mentent de façon identique. Si le coefficient b est inférieur à1, la masse totale augmente plus vite que la V~O2max etinversement si b est supérieur à 1. Sjödin et Svedenhag [45]puis Rogers et coll. [46] ont montré que les valeurs ducoefficient de proportionnalitéb pouvaient varier en fonctiondu niveau d’activité physique des enfants. En effet, pourceux qui ne pratiquaient qu’un entraînement physique dansle cadre de l’école la masse totale augmentait plus rapide-ment que leur V~O2max avec un coefficient de proportionnalitéinférieur à 1 [b=0.75]. Par contre pour les enfants qui prati-quaient une activité physique régulière ce coefficient étaitproche de 1.

Compte tenu de l’absence actuelle de quantification pré-cise du niveau d’entraînement, les seules normes de V~O2maxque nous pouvons utiliser proviennent d’études réalisées surun grand nombre d’enfants des deux sexes ne pratiquant pasd’activité physique régulière en dehors de l’école. Les deuxprincipales études ont été faites en Europe du nord parSunnegardh et Bratteby, [39] ou aux Etats Unis par Cooper etcoll. [20]. D’après les valeurs reportées dans le tableau, nousvoyons bien qu’elles sont plus élevées aussi bien chez lesgarçons (52 ± 6 versus 42 ± 6 ml.min– 1.Kg– 1) et les filles (45± 4 versus 38 ± 7 ml.min– 1.Kg– 1) en Europe du Nord qu’auxEtats-Unis. Ceci illustre bien l’ importance du niveau d’acti-vitéphysique même quand l’enfant est considérécomme nonentraîné et l’ importance d’utiliser des normes qui soientpropres àchaque pays. En France, nous pouvons nous référerà l’étude transversale de Flandrois et coll. [36] qui proposedes normes de V~O2maxd’environ 47 ± 2 ml.min– 1Kg– 1 chezles garçons et 40 ± 3 ml.min– 1Kg– 1 avec une faible décrois-sance post pubertaire chez les filles. Ces chiffres tendent àsituer notre niveau d’activité physique entre les Américainset les Suédois. Ces valeurs semblent satisfaisantes puis-qu’elles ont été récemment retrouvées par deux études fran-çaises qui n’ont malheureusement pas inclus d’enfants desexe féminin. L’une est une étude semi longitudinale [33] etl’autre est transversale [40]. Ceci reste cependant insuffisantpuisque ces études n’ont pas évalué la relation entre la massetotale et la V~O2max à l’aide d’équations allométriques. Ainsi,cette absence d’étude longitudinale sur un grand nombred’enfants des deux sexes ne nous permet pas de bénéficieractuellement de normes satisfaisantes tenant compte du stadepubertaire.

Il faut noter toutefois l’étude de Sjödin et Svedenhag, [45]qui proposent des valeurs de V~O2max tenant compte d’uncoefficient de proportionnalité de 0.75 pour les enfants nonentraînés qui reste stable tout au cours de la croissance (160ml.min– 1.Kg– 0.75). Bien que plus satisfaisante, cette étude aétéeffectuée seulement sur un petit nombre de garçons et lesrésultats présentés ne peuvent pas servir de normes.

MASSE MAIGRE

Chez l’enfant, la masse maigre, appréciée classiquementpar la mesure des plis cutanés, peut facilement s’évaluer

grâce à l’ impédancemétrie bioélectrique. Il existe une rela-tion étroite entre l’énergie développée et la masse muscu-laire. C’est pour cette raison que certains auteurs préconisentde normaliser la V~O2max par la masse maigre [32-34, 39].Tous donnent des résultats qui sont également reportés(tableau I) et qui varient pour les mêmes raisons que cellesinvoquées lors du paragraphe précédent. Par contre, à notreconnaissance, il n’existe pas d’étude en France, similaire àcelle de Flandrois et coll. [36], qui exprime la V~O2maxrapportée à la masse maigre chez un grand nombre d’enfantsdes deux sexes. L’étude semi-longitudinale réalisée sur 3 anspar Prioux et coll. [33] chez des garçons non entraînés de 11à 16 ans, montre des consommations maximales d’oxygèneramenées à la masse maigre inférieures à celles des étudesréalisées en Europe du Nord par Sunnegardh et Bratteby[39] : 50 ± 5 versus 64 ± 7 ml.min– 1.Kg– 1. Ces derniersexpriment la V~O2max ramenée à la masse maigre chez ungrand nombre de garçons et de filles non entraînés et mon-trent une variation non significative au cours de la crois-sance. Le niveau d’activité physique différent n’est peut êtrepas le seul facteur susceptible d’expliquer les différences. Eneffet, quand on compare ces deux études, pour un même ageet une même masse maigre les enfants d’Europe du Nord ontdes tailles plus grandes [33, 39]. Il est possible que cettedifférence de morphotype puisse également intervenir dansla dispersion des résultats. Ceci souligne bien l’ importancede développer des études similaires en France pour obtenirdes normes satisfaisantes de V~O2max ramenée à la massemaigre sur un grand nombre d’enfant des deux sexes. Lesvaleurs proposées par Prioux et coll. [33] sont sûrementproches de la réalité, mais ne peuvent être qu’ informativespuisque l’étude a été effectuée uniquement sur un nombrerestreint de garçons. Malheureusement, chez les enfants desexe féminin nous n’avons pas d’étude équivalente enFrance. Toutes les études faites à l’étranger montrent toute-fois des valeurs statistiquement plus élevées chez les gar-çons. La première cause invoquée est un possible niveaud’activité physique plus bas chez les filles. Ceci ne semblepas correspondre à la réalité puisque Davis et coll. [48] neretrouvent pas de différence lorsque la V~O2max est rapportéeau volume musculaire de la cuisse, effecteur principal del’énergie développée. Mais pour des raisons encore malprécisées, bien que la masse musculaire en jeu sembleprépondérante, Armstong et coll. [49] àmême niveau d’acti-vité physique trouvent des V~O2max ramenées à la massemaigre supérieures chez les garçons.

Par ailleurs, aucune équipe n’a étudié l’évolution de laV~O2max par rapport à la masse maigre à l’aide d’équationsallométriques permettant d’évaluer l’ influence d’autres fac-teurs associés comme l’activité physique.

TAILLE

La taille est le caractère morphologique le plus constantpour un âge donné. Il a donc très tôt été proposé par Dobeinet Eriksson, [27] pour normaliser les paramètres maximaux

CONSOMMATION MAXIMALE D’OXYGÈNE CHEZ L’ENFANT 503

de l’aptitude aérobie. Ces auteurs ont mis en évidence unerelation linéaire avec la consommation maximale d’oxygèneau cours de la croissance. Mais ce n’est pas le facteurdéterminant principal. En effet, au cours de la croissance, laconsommation maximale d’oxygène normalisée par la tailleest toujours corrélée linéairement à la masse totale [50], alorsque la consommation maximale d’oxygène normalisée par lamasse totale ne varie pas avec la taille.

Relation V~O2-fréquence cardiaque

La relation entre la V~O2 et la fréquence cardiaque au coursde l’exercice reflète la quantité d’oxygène consommée parl’organisme à chaque battement cardiaque. Elle est donc unindice permettant d’évaluer l’adaptation du système cardio-vasculaire à l’exercice. Elle s’exprime par le pouls d’oxy-gène qui est le rapport de la V~O2max sur la fréquence cardia-que maximale. Comme la fréquence cardiaque maximalereste constante au cours de la croissance [18, 51, 52] et n’estpas influencée par le niveau d’entraînement [31], le poulsd’oxygène au maximum de l’effort au cours de la croissancesuit l’évolution de la V~O2max. Il augmente donc avec l’âge etpasse d’une valeur moyenne de 8.8 à 12 ans à une valeur de14.7 à 16 ans pour des enfants non entraînés d’après Priouxet coll. [33]. Cooper et coll. [42] ont montré qu’à unefréquence de 140 bpm, le pouls d’oxygène évoluait linéaire-ment par rapport au poids avec des valeurs plus importanteschez les garçons. Cependant, aucune étude ne rapporte devaleurs maximales de pouls d’oxygène en fonction descaractéristiques anthropométriques.

Quelles normes de V~O2max utiliser ?

Le but d’établir des normes de V~O2max est en premierd’apporter au clinicien un outil d’évaluation de l’aptitudephysique des enfants et d’apprécier quantitativement leurlimitation. Il faut cependant remarquer que les différentesvaleurs de V~O2max normalisées par la masse totale reportéesdans le tableau I pour l’ensemble des études sur l’aptitudeaérobie de l’enfant sont supérieures aux valeurs de l’adultejeune sédentaire : 40 ml.min– 1.Kg– 1 [4]. Cette différencepeut s’expliquer principalement par un niveau d’activitéphysique toujours supérieur chez l’enfant. En effet, l’exer-cice physique est intégré dans son psychisme et il n’existepas d’enfant sain sédentaire. Lorsqu’une aptitude physiqueaérobie est mesurée chez un enfant atteint d’une pathologiechronique et donc sédentarisé par son handicap, il faudraitinterpréter les résultats en fonction de normes obtenues chezdes enfants sains ayant un même mode de vie sédentaire afind’évaluer la part des effets de sa pathologie chronique et desa sédentarité dans la limitation à l’exercice. Or, il n’existepas de groupe témoin d’enfants sédentaires, ce qui rendl’ interprétation difficile.

Cette revue de la littérature montre que les normes deconsommation maximale d’oxygène actuellement disponi-

bles ne sont pas satisfaisantes. Certains auteurs ont eu lemérite de réaliser des compilations de valeur normales issuesde diverses études. Ce sont principalement les travaux deBar-Or [55] qui rapportent des valeurs concernant 1 730filles et 2 180 garçons de 6 à 18 ans, et ceux de Krahenbullet coll. [56] sur 5 793 garçons et 3 508 filles provenant de 66travaux de la littérature. Cette approche pour obtenir desnormes est cependant critiquable. Elle regroupe en effet desvaleurs qui ont été obtenues sur des populations d’originedifférente, avec des conditions méthodologiques, des chaînesde mesure des échanges respiratoires et des protocolesd’ incrémentation différents suivant les études. De pluscomme le montre cette revue, la valeur de V~O2max dépend del’origine géographique des enfants en raison soit de facteursgénétiques soit de la quantitéd’activitéphysique, inhérente àchaque habitude culturelle.

Actuellement en France, pour interpréter une épreuved’effort à charge croissante chez l’enfant nous ne disposonsque de normes de V~O2max ramenées à la masse totale (gar-çon : 47 ± 1.2 ml.min– 1.Kg– 1 stable avec la croissance,fille : 40 ± 1.1 ml.min– 1.Kg– 1 avec une faible diminution enpost puberté) sans équations allométriques, proposées parFlandrois et coll.[36], Falgairette et coll. [40] et Prioux etcoll. [33]. Mais les enfants ne conservent pas des proportionsde masse maigre similaires au cours de la croissance ce quirend le simple ajustement pas le poids insuffisant [54]. Ilfaudrait tenir compte de l’ influence d’autres variablescomme la composition corporelle et l’activité physique pournormaliser la V~O2max.

Il semble donc indispensable de réaliser une étude multi-centrique de façon à obtenir des normes non seulement deV~O2max mais aussi pour l’ensemble des paramètres maxi-maux et sous maximaux. Cette étude nécessitera en premierlieu, une standardisation des protocoles d’exercice muscu-laire comme le propose le groupe des EFR pédiatriques dansl’article qui fait suite à celui-ci.

Les facteurs déterminants permettant le calcul des normesdevront inclure la masse maigre de l’enfant, mais aussi lamasse musculaire de la cuisse ou du bras pour les exercicesavec les membres supérieurs. Le stade pubertaire de l’enfantdevra être également systématiquement précisé. Le niveaud’activité physique devra être également pris en compte.Pour ce dernier, le plus simple pourrait être de différencierdeux catégories d’enfant, entraînés et non entraînés. Cettedifférenciation peut s’effectuer par des questionnaires d’acti-vité physique, mais il n’en existe pas chez l’enfant validé enfrançais. L’enregistrement de la fréquence cardiaque (Fc) encontinu peut être une piste intéressante, elle permet à partirde sa relation linéaire avec la V~O2 de traduire en consom-mation d’oxygène le profil de Fc enregistrée au cours de lajournée. Mais ce système a plusieurs inconvénients [53].Premièrement la lourdeur d’organisation lorsque les étudessont effectuées sur un grand nombre d’enfants. Deuxième-ment l’enregistrement sur une courte période, qui ne repré-sente pas nécessairement une vision globale sur l’ensemblede l’année, sans compter l’ influence d’un tel appareil portatif

504 S. MATECKI ET COLL.

sur l’activité de l’enfant. Et enfin le risque non négligeablede surestimation de l’activité physique avec l’ interventiond’autres facteurs augmentant la Fc comme le stress ou lachaleur. Il faudra nécessairement passer par une doubleapproche de quantification de l’activité physique, à la foisdescriptive avec les questionnaires et quantitative commel’enregistrement de la Fc en continu.

Enfin, les équations allométriques qui rapportent laV~O2max à la masse maigre avec un coefficient de proportion-nalité b qui varie en fonction du niveau d’activité physiquesemblent beaucoup plus satisfaisantes. L’évaluation del’aptitude physique par l’épreuve d’exercice musculaire chezl’enfant deviendrait plus rigoureuse si nous pouvions dispo-ser de telles équations pour les deux sexes.

REMERCIEMENTS. — Les auteurs remercient tous les membres dugroupe « EFR pédiatriques » de la Sociétéde Physiologie pour leurparticipation active aux discussions qui ont permis d’aboutir àcetterevue générale, ils remercient particulièrement Madame le Pr. Cl.Gaultier, pour ses conseils dans l’écriture de cet article.

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506 S. MATECKI ET COLL.

REVUE GÉNÉRALE

Indications et réalisation pratique des épreuves d’exercicechez l’enfantS. MATECKI (1), C. PARUIT (2), M. CHAUSSAIN (3), M. RAMONATXO (1), A. DENJEAN (4) , et le groupe« EFR pédiatriques » de la Société de Physiologie

(1) Service Central de Physiologie Clinique, Hôpital Arnaud de Villeneuve, Montpellier.(2) Service d’Explorations Fonctionnelles, CHU Hôtel-Dieu, Nantes.(3) Service d’Explorations Fonctionnelles respiratoires, Hôp. St. Vincent de Paul, Paris.(4) Service d’Explorations Fonctionnelles, Physiologie Respiratoire et de l’Exercice, CHU de Poitiers, Poitiers.

SUMMARY

Indications for exercise tests in children

Exercise tests are routinely used in children to assess cardio-respiratory and muscular adaptations to exercise. However thesetests are of relatively recent use, and there is a lack ofstandardization and of relevant data in large groups in thispopulation. The aim of this paper was to specify the commonmedical indications of exercise tests in children, to proposestandardized protocols of these tests in some of the most common

pathological situations as: exercise-induced asthma, chronicrespiratory diseases (bronchopulmonary dysplasia, cystic fibro-sis), muscular diseases. These tests can provide clinically relevantparameters only when they are used in strict conditions ofstandardization.

Key-words: Exercise tests. Children. Standardized protocols.Exercise-induced asthma. Bronchopulmonary dysplasia. Musculardiseases.

RÉSUMÉ

L’épreuve d’exercice chez l’enfant est devenue de pratiquecourante, permettant d’évaluer l’adaptation à l’exercice desfonctions cardiorespiratoire et musculaire. Cependant, cet examenchez l’enfant est d’apparition plus récente que chez l’adulte etmanque d’une standardisation précise et de données théoriquesadaptées. Le but de cette mise au point était de préciser lesindications des épreuves d’exercice chez l’enfant, et de proposerdes protocoles pratiques de réalisation pour les indications lesplus fréquentes qui sont : l’asthme post-exercice, les pathologies

respiratoires chroniques (dysplasie broncho-pulmonaire, mucovis-cidose), les pathologies musculaires et métaboliques. Ces examensne peuvent apporter de renseignements précieux que s’ils fontl’objet d’une standardisation rigoureuse.

Mots-clés : Épreuve d’effort. Enfant. Protocoles standardisés.Asthme post-exercice. Dysplasie broncho-pulmonaire. Pathologiesmusculaires.

Introduction

Les tests d’exercice sont devenus de pratique courantechez l’adulte en raison de la richesse des informations qu’ilsapportent simultanément sur les systèmes cardiovasculaire etrespiratoire et leur adaptation à l’accroissement des besoins

métaboliques [1]. Les indications en sont multiples, tant dansle domaine de la pathologie que dans celui du suivi del’entraînement chez les sportifs. Chez l’enfant, malgré unedemande de plus en plus croissante, on se heurte encore à desdifficultés d’ordre méthodologique et à l’absence de normesconsensuelles [2, 3]. L’épreuve d’exercice chez l’enfant peutapporter une quantité importante d’éléments pouvant amé-liorer la compréhension et la prise en charge de maladies trèsdiverses affectant l’adaptation cardio-respiratoire et muscu-laire à l’effort. Cependant, ces renseignements ne sont per-tinents que si les indications sont clairement établies et lastandardisation des protocoles strictement respectée. Le butde cette mise au point est de préciser les indications les pluscourantes, en laissant volontairement de côté les épreuvesd’exercice faites dans un but de suivi d’entraînement, sansobjectif médical particulier, et de proposer pour chaque

Tirés à part :A. DENJEAN, Service d’Explorations Fonctionnelles,Physiologie Respiratoire et de l’Exercice, CHU de Poitiers, 86021Poitiers.E-mail : a.denjean@chu-poitiers.fr

Réception version princeps à la Revue : 15.11.00.Retour aux auteurs pour révision : 09.02.01.Réception 1ère version révisée : 02.04.01.Acceptation définitive : 27.04.01.

Rev Mal Respir,2001,18, 491-498.© SPLF, Paris, 2001.

indication un protocole précis de réalisation de ces épreuvesd’exercice.

Méthodes

Ce travail a été réalisé àpartir d’une enquête par question-naire adressé àl’ensemble des services d’explorations fonc-tionnelles réalisant en France des épreuves d’exercice chezl’enfant (cf en annexe le questionnaire et la liste des centresqui ont répondu). Après dépouillement des questionnairespar les équipes de Montpellier et Nantes, deux réunionssuccessives du groupe « EFR pédiatriques » de la Société dePhysiologie ont permis de faire une synthèse et d’aboutir àdes propositions consensuelles, appuyées sur des données dela littérature. Les réponses au questionnaire ont permis dedégager les indications les plus fréquentes (asthme post-exercice, maladies respiratoires chroniques, pathologiesmusculaires et métaboliques) pour ces épreuves d’exercice,ainsi que d’en préciser les conditions générales de réalisa-tion. Chaque indication a ensuite fait l’objet d’une discussionprécise pour aboutir à une proposition de protocole, accep-table par la majorité. Trois « experts » ont alors été mission-nés pour reprendre les conclusions de ces discussions et enétablir une synthèse.

Synthèse

De façon générale, chez l’enfant comme chez l’adulte,l’épreuve d’exercice sera utile pour :

— établir ou préciser un diagnostic, en objectivant lagêne respiratoire dont se plaint l’enfant ;

— rechercher les facteurs limitant l’effort, ou évaluer lasévérité du handicap fonctionnel ;

— orienter une thérapeutique ou en évaluer l’effet.

PRÉCAUTIONS

Quelle qu’en soit l’ indication, l’épreuve d’effort ne devraêtre réalisée qu’après un interrogatoire et un examen cliniquesoigneux, complétés par un ECG. L’épreuve d’effort devraêtre réalisée sous contrôle de la fréquence cardiaque, de lapression artérielle et de l’ECG, et au minimum de l’oxymé-trie transcutanée, sous la surveillance d’un médecin et d’unpersonnel paramédical entraînés à la réanimation. La pré-sence d’un chariot d’urgence, avec matériel d’ intubation etventilation artificielle, d’un défibrillateur ainsi que d’unearrivée d’oxygène et une prise de vide, est indispensabledans la pièce d’examen.

CHOIX DES GRANDEURS MESURÉES

Bien que chaque indication particulière nécessite un choixde paramètres particuliers, les principaux paramètres à étu-dier sont les suivants :

— spirométrie (volumes et débits) et résistances des voiesaériennes avant et après l’exercice ;

— échanges gazeux au repos et à l’exercice, à l’aided’une chaîne de mesure cycle à cycle, permettant la mesure

des volumes et débits ventilatoires, l’analyse des gaz expirés,le calcul en temps réel des grandeurs dérivées ;

— ECG et fréquence cardiaque (fc) ;— oxymétrie de pouls (SpO2), pO2 et pCO2 transcutanées

(PtcO2, PtcCO2), voir gaz du sang artériels ou artérialisés ;— échelles visuelles analogiques permettant d’évaluer la

sensation de dyspnée et l’ intensité de l’effort musculaire ;— prélèvements sanguins et/ou urinaires pour dosages

biochimiques.

CHOIX DE L’ERGOMÈTRE

Bien que la course libre soit l’effort le plus naturel chezl’enfant, l’ergocycle reste le plus utilisé, pour 4 raisonsessentielles : — meilleure sécurité — plus grande facilité deréglage de l’ incrémentation en puissance — meilleure qua-litédes signaux recueillis, en particulier ECG — plus grandefacilité pour les prélèvements sanguins. Cependant, l’ergo-cycle est peu adapté à l’enfant de moins de 8 ans, le tapisroulant nécessite alors un apprentissage et de bonnes condi-tions de sécurité pour prévenir les chutes (harnais).

INDICATIONS DES ÉPREUVES D’EFFORT

Comme chez l’adulte l’épreuve d’exercice est riche derenseignements, portant sur la fonction respiratoire, cardia-que et musculaire ainsi que leurs adaptations à l’exercice.Ceci en explique les multiples indications dans trois grandsdomaines de la pathologie : les maladies cardiovasculairesqui ne font pas l’objet de cette revue, les maladies respira-toires, les maladies musculaires et métaboliques, et plusgénéralement les troubles fonctionnels survenant à l’effortqu’ il s’agisse de dyspnée, toux, douleurs musculaires, malai-ses, palpitations.

Asthme

L’ indication de l’épreuve d’exercice dans l’explorationd’un asthme peut se poser dans diverses circonstances :

— pour étayer un diagnostic clinique hésitant, devant unetoux ou une dyspnée d’effort, en dehors d’un asthmeparoxystique typique. Il n’y a pas d’ indication diagnostiquelogique dans le cadre d’un asthme connu. Cependant, l’éva-luation du « bronchospasme » post-exercice, parfois majeur,peut être utile pour la prise en charge thérapeutique de cesenfants ;

— pour évaluer une thérapeutique et/ou montrer qu’unenfant asthmatique bien traitépeut et doit faire de l’exercice ;

— comme test de provocation dans le cadre d’un proto-cole de recherche clinique, physiopathologique ou médica-menteux.

Le choix de l’épreuve d’exercice doit être discuté en tantque test de provocation bronchique avec les autres types deprovocation comme le test à la méthacholine/carbachol. Eneffet, le renseignement recherchéest du même ordre : la miseen évidence d’une hyperréactivité bronchique non-spécifique. Chacun de ces deux tests a ses avantages, lastandardisation des tests pharmacologiques par inhalation afait l’objet de nombreux travaux, permettant une utilisation

492 S. MATECKI ET COLL.

en routine de ces tests [4]. L’épreuve d’exercice, bien queplus physiologique, nécessite elle aussi un matériel adaptéetune standardisation précise. Elle ne sera pratiquée que si lafonction ventilatoire de base est supérieure à 70 % de lathéorique (jugée en particulier sur le VEMS), après arrêt detoute thérapeutique bronchodilatatrice, dans des délais cor-respondant à la pharmacologie des médicaments pris (8hminimum pour les médicaments à courte durée d’action,24-36 h pour les médicaments à longue durée d’action).

• Protocole standardisé proposé [5, 6]

— bicyclette ergométrique ;— pas d’échauffement (un échauffement progressif est, a

contrario, préconiséchez l’asthmatique pour éviter l’asthmepost-exercice) ;

— privilégier la ventilation en air sec, c’est-à-dire aircomprimémural (ou bouteille), délivré àtravers un ballon degrande contenance, d’une valve et d’un embout buccal,plutôt qu’un masque facial (ou avec un pince-nez, pouréviter la ventilation nasale qui réchauffe et humidifie lesgaz) ;

— mesure permanente de la fréquence cardiaque, sur-veillance oxymétrique et/ou de la pO2 transcutanée. Les gazdu sang artériel ne sont pas justifiés. Il n’est pas nécessaire demesurer les grandeurs ventilatoires ou métaboliques pendantl’exercice, qui ne sont d’aucun apport au diagnostic ;

— démarrage entre 30 w et 60 w en fonction de l’âge etdes capacités physiques, incrémentation très rapide sur 2 minpour obtenir 80-90 % de la fréquence cardiaque théorique,une fois celle-ci atteinte maintien en plateau de la puissancependant 4 min. La fréquence cardiaque maximale chezl’enfant varie peu avec l’âge, elle est en moyenne de 200 ± 7battements par minute (220-âge ± 10 proposé par Astrand) ;

— mesure d’un index d’obstruction des voies aériennes(VEMS, résistances des voies aériennes (Raw), par oscilla-tions forcées (Rof), par interruption (Rint)) avant puis 3, 5,10, 15 min après l’arrêt de l’exercice. Le temps de mesurepouvant être modifié en fonction de l’apparition de signesdyspnéiques.

Dans une méta-analyse récente, Godfrey et coll. [7] consi-dèrent qu’une chute de VEMS de 13 % est suffisante pour undiagnostic d’asthme post-exercice, avec une sensibilité de63 % et une spécificité de 94 %.

Maladies respiratoires chroniques

Les deux indications principales d’épreuve d’exercice aucours de maladies respiratoires chroniques sont, chezl’enfant, la mucoviscidose et la dysplasie broncho-pulmonaire et ses séquelles [8-13]. Dans ces deux patholo-gies ce test permet de compléter utilement le bilan fonction-nel en déterminant les capacités d’adaptation à l’exercice eten analysant les facteurs limitants. Il permet aussi de chiffrerle handicap fonctionnel, de donner des conseils quant à lapratique d’une activité physique, d’envisager un programmede ré-entraînement, en fonction des décisions thérapeutiques.Enfin il fait partie du bilan avant décision de transplantation,et du suivi post-greffe.

• Proposition de protocole

On choisira plutôt le tapis roulant chez l’enfant de moinsde 12 ans, l’ergocycle au delà. La standardisation est plusdifficile, en raison de la variation de la gravité de l’atteinte.L’échauffement se fera sur une durée de 3-5 min, à unepuissance initiale de 20-30 w sur ergocycle, à une vitesse de3 km/h (2 % de pente) sur tapis roulant. L’ incrémentationsera de 10 w (voire 5w) par minute, ou 0,5-1 km/h, chez lesmoins de 12 ans, et 10 w/min ou 20 w/2 min chez les plus de12 ans. La durée de l’épreuve d’effort ne doit pas dépasser8-12 min, hors échauffement.

En pratique, pour les épreuves sur cyclo-ergomètre chezl’enfant de plus de 12 ans la standardisation est relativementsimple : on estimera la V~O2max théorique de l’enfant (gar-çon : 47 ml/kg/min, fille : 40 ml/kg/min), dont on retrancherala V~O2 mesurée au repos (en moyenne 5 ml/kg/min). Onconvertira cette valeur en watts à partir de l’équivalentV~O2/watt = 10,5 ml/min/watt, de façon àobtenir la puissancemaximale théorique de l’enfant, que l’on divisera par 10paliers pour obtenir la valeur d’ incrémentation par palier [14,15]. Ceci permet d’obtenir une bonne standardisation del’épreuve, adaptée à chaque enfant.

Au cours de cette épreuve on mesurera :— l’ensemble des grandeurs ventilatoires, à l’aide d’un

masque relié àune chaîne de mesure automatisée des débit,volume et fractions gazeuses, avec calcul des grandeursdérivées : V~E, fr, VT, VT/TI, TI/TTOT, V~O2, V~CO2, R,V~O2 /V~E , V~CO2 /V~E , V~O2 /fc ;

— l’ECG sera monitoré en permanence avec recueil defc, de même que l’oxymétrie de pouls, il n’y a pas deconsensus quant à l’utilisation de la PtcO2 ou de la PtcCO2 ;

— chez l’enfant de plus de 10 ans, il semble qu’on puisseutiliser de façon fiable les échelles visuelles analogiquespour quantifier la dyspnée, d’une part, mais aussi la difficultéliée à l’effort musculaire ;

— le problème du prélèvement pour mesure des gaz dusang se pose, avant et au maximum de l’effort, artériel, ouartérialisé au lobe de l’oreille, en fonction des habitudes dechaque laboratoire et de l’ indication clinique, cette mesurene doit pas être systématique. La pertinence de la mesure dePaO2 à partir d’un prélèvement capillaire artérialisé au lobede l’oreille, à l’exercice chez l’adulte, fait l’objet de vivescritiques [16], alors que ce mode de prélèvement est depratique courante chez l’enfant [17] ;

— l’arrêt de l’épreuve est décidé, soit lorsque l’épreuveest considérée comme maximale en raison de l’atteinte desvaleurs maximales attendues (fc, V~E, V~O2), soit devant lasurvenue d’une désaturation (> 4 %), ou d’une impossibilitéphysique de poursuivre (dyspnée, douleurs musculaires).

Ce même type de protocole peut être utilisé pour analyserles troubles fonctionnels dont peut se plaindre un enfant àl’effort, en dehors de toute pathologie cardio-respiratoireantérieurement connue. Ce protocole peut enfin être utilisédans des indications plus rares que sont les fibroses pulmo-naires de l’enfant et en onco-pédiatrie, dans le cadre dechimiothérapies pouvant causer des lésions pulmonaires ou

ÉPREUVE D’EFFORT CHEZ L’ENFANT 493

myocardiques (bléomycine, adriamycine, etc.), ou audécours de thérapeutiques lourdes ayant provoquéun décon-ditionnement musculaire important. Ce test peut aussi êtreutilisé dans l’exploration de pathologies du thorax telles quethorax en entonnoir et scolioses graves (évaluation du han-dicap, décision opératoire). Dans le cas particulier des fibro-ses pulmonaires, ou plus généralement des syndromes inters-titiels, un test d’exercice complète utilement la mesure de ladiffusion du CO, en apnée ou en état stable.

Pathologies musculaires et métaboliques

Les signes d’appel motivant le test d’exercice sont le plussouvent des douleurs musculaires, des crampes, ou unefatigue musculaire, survenant pendant ou après l’effort, voirenocturnes. Il peut aussi s’agir d’une fatigue générale, d’unediminution inexpliquée des performances physiques, d’unptôsis, d’une rabdomyolyse. Dans ce dernier cas, le risquelétal par insuffisance rénale majeure n’étant pas négligeable,on recherchera avant toute épreuve d’exercice un déficit encarnitine palmytil transférase, par dosage de la fraction « 2 »sur les lymphocytes sanguins.

L’épreuve d’effort doit être précédée d’un bilan cardiaquecomportant un ECG, une echocardiographie et l’avis d’uncardiologue, ces pathologies musculaires pouvant comporterune atteinte cardiaque.

• Proposition de protocoleLa mise en place d’un cathéter veineux périphérique,

après anesthésie locale (crème EMLAt), est nécessaire pourpermettre des prélèvements répétés. Ceux-ci seront pratiquésau repos, puis au moins à trois phases de l’exercice (aérobie,seuil anaérobie, arrêt de l’exercice), enfin pendant la phasede récupération 5 et 15 min après l’arrêt de l’exercice.

— exercice sur bicyclette ergométrique, ce qui permetplus facilement les prélèvements ;

— l’ensemble des grandeurs ventilatoires, métaboliqueset cardiovasculaires doit être mesuré, comme pour le proto-cole précédent, avec les mêmes éléments de surveillance ;

— en fonction de l’âge et des possibilités physiques del’enfant, l’exercice sera démarré après un échauffement de 5min (10 watts pour les moins de 10 ans, 20-30 watts au delà),en augmentant la puissance de 20 watts/2 min, ce qui permetd’obtenir une stabilisation des échanges gazeux. La durée del’exercice ne doit pas excéder 10-12 minutes [18] ;

— les dosages sanguins devront porter sur :— glycémie, kaliémie, pH— acide pyruvique, acide lactique, �OH-butyrate, acéto-

acétate— ammoniémie— enzyme : phosphorylase, créatine-kinase, aldolase,

lactate-déshydrogénase.Le protocole proposé permet ainsi de mettre en évidence

les pathologies les plus fréquentes, qui sont :— la maladie de Mac Ardle : on retrouve ici un déficit en

phosphorylase, avec une limitation des oxydations, commeen témoignent une diminution du quotient respiratoire alorsque V~O2 augmente, une augmentation de NH4, avec un pHalcalin, sans augmentation de lactate et pyruvate ;

— le déficit en carnitine palmytil transférase : associantune V~O2 normale et des enzymes musculaires élevées ;

— maladies mitochondriales : associant une diminutiondes oxydations, un rapport V~O2 /V~E diminué, un quotientrespiratoire augmenté, avec lactate et pyruvate augmentés.

Conclusion

Ce travail se veut une synthèse essentiellement pratiquepour le praticien confronté àla demande fréquente d’explo-rations à l’exercice chez l’enfant. Comme on l’a vu, pourchaque indication il paraît possible de proposer un protocoled’examen précis, tenant compte de la pathologie, de l’âge del’enfant, des grandeurs pertinentes à mesurer. Seul cet effortpermanent de standardisation permettra une mise en com-mun de données et une avancée dans la prise en charge despathologies ayant un retentissement sur l’adaptation à l’exer-cice chez l’enfant.

REMERCIEMENTS. — Les auteurs remercient tous les membres dugroupe « EFR pédiatriques » de la Sociétéde Physiologie pour leurparticipation active aux discussions qui ont permis d’aboutir àcettemise au point, ils remercient particulièrement Madame le Pr. Cl.Gaultier, pour ses conseils dans l’écriture de cet article.

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ÉPREUVE D’EFFORT CHEZ L’ENFANT 495

ANNEXE I

Liste des services pratiquant des épreuves d’exercice chez l’enfant, qui ont bien voulu répondre au questionnaire :Il s’agit des services d’explorations fonctionnelles des CHU de : Amiens, Bordeaux, Brest, Caen, Clermont-Ferrand, Grenoble HopMichallon, Lille, Limoges, Lyon Hop Croix Rousse, Marseille (Hop Ste Marguerite et Hop Salvator), Montpellier Hop A. de Villeneuve,Nantes, Nice Hop. Archet 2, AP-HP Paris (PitiéSalpétrière, Robert Debré, Ambroise Paré, Armand Trousseau), Poitiers, Rennes, Rouen,St. Etienne.

ANNEXE II

Le questionnaire adressé aux différents centres figure sur les pages suivantes, afin de ne pas alourdir inutilement le document, seul letableau correspondant à l’ indication « asthme d’effort » a été donné, les mêmes données ont été recueillies pour toutes les indicationsproposées.

Service :

Adresse :

Noms et prénoms :

PROTOCOLE D’ÉPREUVE D’EFFORT CHEZ L’ENFANTQUESTIONNAIRE PUBLIÉ SOUS L’ÉGIDE DU GROUPE DE TRAVAIL SUR LES EFR PÉDIATRIQUES ET NÉONATALES

DE LA SOCIÉTÉ FRANÇAISE DE PHYSIOLOGIE

Quel matériel utilisez-vous pour les épreuves d’effort chez les enfants de plus de 12 ans ? :

Utilisez-vous un ergocyle ? oui/non

Utilisez-vous un tapis roulant ? oui/non

Marque(s) et référence(s) de(s) ergomètre(s) utilisé(s) :

Avantages et principaux inconvénients :

Marque et référence du tapis roulant ?

Avantages et principaux inconvénients :

Quel matériel utilisez-vous pour les épreuves d’effort chez les enfants de moins de 12 ans ? :

Utilisez-vous un ergocyle ? oui/non

Utilisez-vous un tapis roulant ? oui/non

Marque(s) et référence(s) de(s) ergomètre(s) utilisé(s) :

Avantages et principaux inconvénients :

Marque et référence du tapis roulant ?

Avantages et principaux inconvénients :

496 S. MATECKI ET COLL.

Quelles sont les indications d’épreuve d’effort que vous rencontrez ?

Enfant < 12 ans Enfant >12 ans

Asthme oui/non oui/non

Cardiopédiatrie oui/non oui/non

Oncopédiatrie oui/non oui/non

Mucoviscidose oui/non oui/non

Anomalie musculaire oui/non oui/non

Bilan sportif oui/non oui/non

Bilan de signes fonctionnels à l’effort oui/non oui/non

Autres

Pour vous, quel serait le protocole idéal chez l’enfant de plus de 12 ans

Indication Type d’ergomètre Echauffement Type d’incrémenta-tion

Durée de l’épreuve

Asthme Vélo/tapis oui/non

Cardiopédiatrie Vélo/tapis oui/non

Oncopédiatrie Vélo/tapis oui/non

Mucoviscidose Vélo/tapis oui/non

Anomalie musculaire Vélo/tapis oui/non

Bilan sportif Vélo/tapis oui/non

Bilan de signes fonctionnels à l’effort Vélo/tapis oui/non

Pour vous, quel serait le protocole idéal chez l’enfant de moins de 12 ans

Indication Type d’ergomètre Echauffement Type d’incrémenta-tion

Durée de l’épreuve

Asthme Vélo/tapis oui/non

Cardiopédiatrie Vélo/tapis oui/non

Oncopédiatrie Vélo/tapis oui/non

Mucoviscidose Vélo/tapis oui/non

Anomalie musculaire Vélo/tapis oui/non

Bilan sportif Vélo/tapis oui/non

Bilan de signes fonctionnels à l’effort Vélo/tapis oui/non

ÉPREUVE D’EFFORT CHEZ L’ENFANT 497

Sur ergocycle, quel protocole utilisez-vous

Enfant < 12 ans Enfant >12 ans

Echauffement Oui/non Oui/non

Si oui Si oui

durée : durée :

Intensité (watt) : Intensité (watt) :

Durée de l’épreuve Moyenne Moyenne

Minimale Minimale

Maximale Maximale

Si le protocole d’ incrémentation est triangulaire : Durée des paliers Durée des paliers

Intensité d’ incrémentation (watt) Intensité d’ incrémentation (watt)

Si le protocole d’ incrémentation est rectangulaire : Durée du plateau Durée du plateau

Intensité du plateau en watt Intensité du plateau en watt

Sur tapis roulant, quel protocole utilisez-vous

Enfant < 12 ans Enfant >12 ans

Echauffement Oui/non Oui/non

Si oui Si oui

durée : durée :

Vitesse : vitesse :

Durée de l’épreuve Moyenne : Moyenne :

Minimale : Minimale :

Maximale : Maximale :

Si le protocole d’ incrémentation est triangulaire : Durée des paliers Durée des paliers

Type d’ incrémentation Type d’ incrémentation

Si le protocole d’ incrémentation est rectangulaire : Durée du plateau Durée du plateau

Vitesse et pente du plateau Vitesse et pente du plateau

498 S. MATECKI ET COLL.

Adaptation ventilatoire à l’effort chez l’enfant

Docteur Jaques .Prioux et Stefan .Matecki

Revue générale

La réponse ventilatoire à l’exercice maximalchez l’enfant sain

J. Prioux1, S. Matecki1, F. Amsallem1, A. Denjean2, M. Ramonatxo1et le groupe « EFR pédiatriques » de

la Société de Physiologie

1 Service central de Physiologie clinique, Hôpital Arnaud de Villeneuve,Montpellier, France.

2 Service d’Exploration fonctionnelle, Physiologie Respiratoire et del’Exercice, CHU de Poitiers, Poitiers, France.

Tirés à part : J. Prioux, Laboratoire de Physiologie des Interactions,Service Central de Physiologie Clinique, Hôpital Arnaud de Villeneuve,34295 Montpellier Cedex 5, France.jacques.prioux@staps.univ-nantes.fr

Réception version princeps à la Revue : 19.12.2002.Retour aux auteurs pour révision : 21.03.2003.Réception 1ère version révisée : 30.06.2003.Acceptation définitive : 08.08.2003.

Résumé

Introduction L’évaluation de la réponse ventilatoire de l’enfantau cours de l’exercice musculaire est indispensable afin dedéterminer son implication dans une éventuelle limitation àl’effort. Le but de cette revue générale est de présenter lesfacteurs de variation et les valeurs des paramètres ventilatoiresmaximaux observées dans la littérature chez l’enfant sain.

Etat des connaissances La ventilation maximale (V~Emax) et levolume courant (VTmax) augmentent linéairement en fonction del’âge jusqu’à 15 ans chez les garçons et 13 ans chez les filles avecune stabilité au-delà. Les facteurs de variation les plus importantspour les paramètres liés au volume, V~Emax et VTmax, sont lescaractéristiques anthropométriques, en particulier la masse mai-gre. La plupart des études rapportent pour le VTmax, ramené à lamasse corporelle totale, une valeur de 30 ml·kg–1 en périodepré-pubertaire avec une légère augmentation au-delà. Les réser-ves ventilatoires et le VTmax rapporté à la capacité vitale aug-mentent avec l’âge jusqu’à des valeurs respectives de 30 % et de50 % à 17 ans. Les paramètres maximaux liés au temps sontindépendants des caractéristiques anthropométriques. Le rap-port TI/TTOT (temps inspiratoire sur temps total du cycle respira-toire) est stable avec une valeur de 0,5. La fréquence respiratoiremaximale baisse légèrement avec l’âge sans variation avec lesexe.

Perspectives et conclusions Seules des études réalisées chezun plus grand nombre d’enfants proposant des relations sousforme d’équations allométriques pourraient permettre de propo-ser de réelles valeurs de référence.

Mots-clés : Réponse ventilatoire v Enfants v Exercice maximal v

Caractéristiques anthropométriques v Régime ventilatoire.

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11904

Ventilatory response to maximal exercise in thenormal childJ. Prioux, S. Matecki, F. Amsallem, A. Denjean, M. Ramonatxoet le groupe « EFR pédiatriques » de la Société de Physiologie

Summary

Introduction The evaluation of the ventilatory response of chil-dren during exercise is essential to determine its role in impairedexercise tolerance. The aim of this review is to describe thevariables and the values of maximal ventilatory parametersobserved in healthy children in the published literature.

State of art The maximal ventilation (V~Emax) and the tidal volume(VTmax) increase in a linear fashion with age and plateau in boysat 15 years, and in girls at 13 years. The main variables for theparameters connected to volume – V~Emax and VTmax – are anthro-pometric characteristics, in particular, the lean body mass. Moststudies show a value of 30 ml·kg–1 for a VTmax on the total bodymass in pre-puberty and a slight increase thereafter. The venti-latory reserves and the VTmax on vital capacity increase with ageuntil respective values of 30% and 50% are reached at 17 years.The maximal parameters connected to time are independent ofanthropometric characteristics. The TI/TTOT ratio (inspiratory timeto total time of the respiratory cycle) is stable with a value of 0.5.The maximal respiratory frequency decreases slightly with agewithout differences between the genders.

Perspectives and conclusion Only studies of larger numbers ofchildren, proposing relationships derived from allometric equa-tions, will be able to provide real reference values.

Key-words: Ventilatory response v Children v Maximal Exercise v

Anthropometric Characteristics v Breathing Pattern.

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11

jacques.prioux@staps.univ-nantes.fr

Introduction

L’apport accru d’oxygène aux muscles est indispensablelors de l’exercice physique. La première étape de celui-ci est letransport de l’oxygène vers les alvéoles, assurée par la ventila-tion (V~E). Celle-ci doit s’adapter à chaque niveau d’intensitéd’exercice aux besoins en oxygène du muscle et doit égalementassurer l’épuration du sang en dioxyde de carbone, produit parles muscles en activité. Toute défaillance de cette adaptation vaentraîner une limitation des performances physiques du sujetet une gène à l’exercice dont le principal symptôme est ladyspnée. Ainsi, l’évaluation, en laboratoire, de l’aptitude phy-sique des enfants passe obligatoirement par une appréciationprécise de leur réponse ventilatoire lors d’un exercice maximalsur ergomètre.

La ventilation exprimée en litre par minute (l·min–1)correspond au volume d’air mobilisé par minute, lui-mêmerésultant du produit du volume courant (VT) par la fréquencerespiratoire (f). Chaque cycle respiratoire peut aussi être ana-lysé en terme de rapport TI/TTOT dans lequel TI et TTOT sontrespectivement la durée de l’inspiration et la durée totale ducycle respiratoire et le rapport VT/TI qui représente le débitinspiratoire moyen.

L’enfant, organisme en perpétuelle croissance, va présen-ter une augmentation de la ventilation à l’exercice différente decelle de l’adulte. En effet, les modifications de son métabolismeénergétique ainsi que de ses caractéristiques anthropométri-ques vont avoir une influence sur sa réponse ventilatoire àl’exercice. Le but de cette revue générale est de présenter lesadaptations ventilatoires à l’exercice maximal chez l’enfantsain et leurs facteurs de variation d’après les données de lalittérature. Nous espérons ainsi aider le clinicien dans l’évalua-tion de la réponse ventilatoire et son implication dans unelimitation à l’effort.

Les différents types d’études

Les études réalisées pour évaluer la réponse ventilatoire àl’exercice maximal chez l’enfant sont soit des études transver-sales soit des études longitudinales. Comme nous l’avons pré-cédemment relaté [1], les études transversales ont pour butd’obtenir des normes chez des enfants classés par tranche d’âge,de poids ou de taille avec comme principal écueil une inhomo-généité à l’intérieur d’un même groupe vis-à-vis du pic decroissance pubertaire [2]. De ce fait, l’influence de la puberté etde la croissance sur l’évolution de la réponse ventilatoire avecl’âge peut être masquée. Le deuxième type d’étude, longitudi-nale [3], avec la répétition chez un même enfant du même testd’effort au cours de sa croissance évalue principalement leseffets de la puberté et de la croissance sur la réponse ventila-toire. Ces études permettent d’obtenir des groupes de popula-tion plus homogènes [4].

Réponse ventilatoire chez l’enfant sain

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La ventilation maximale

Les études transversales réalisées par Astrand [5], Bengts-son [6] Godfrey [7], Koch et Eriksson [8] et Flandrois et coll.[9] montrent toutes une augmentation progressive de la ven-tilation maximale (V~Emax) avec l’âge. Les quatre principalesétudes longitudinales sur l’évolution de V~Emax pendant lacroissance [10-13] confirment ces résultats. Chez les garçons,V~Emax augmente linéairement avec l’âge, de manière significa-tive de 11 à 15 ans [10, 11], avec au-delà soit une stabilité desvaleurs [10], soit une augmentation moins importante [11].Les valeurs retrouvées dans la littérature passent d’environ 50l·min–1 à 8 ans à 110 l·min–1 vers l’age de 17 ans. Ainsi de 9 à13 ans, Rowland et Cunningham, [12] proposent d’exprimerV~Emax en fonction de l’âge [V~Emax (l·min–1) = 8,46 × âge(années)-11,1].

Chez les filles, on retrouve une augmentation linéaire deV~Emax entre 11 et 13 ans puis une stabilité des valeurs au-delà[10, 12].

Il existe peu d’études comparant V~Emax entre les deuxsexes. Jusqu’à l’âge de 13 ans les résultats semblent contradic-toires. En effet, Robinson [14] et Astrand [5] au cours d’étudeslongitudinales rapportent des valeurs moyennes de V~Emax plusgrandes chez les garçons (39,8 l·min-1 entre 4 et 6 ans et 112,9l·min-1 entre 14 et 15 ans) par rapport aux filles (33,9 l·min-1

entre 4 et 6 ans et 87,9 l·min–1 entre 14 et 15 ans). Les auteursprécisent toutefois que les différences les plus faibles sontobservées avant la puberté. Les travaux plus récents menés parAmstrong et coll. [15] corroborent ces résultats. En effet aucours d’une étude transversale menée chez une large popula-tion d’enfants pré-pubères (101 garçons et 76 filles âgés enmoyenne de 11 ans), ces auteurs montrent une V~Emax statisti-quement plus basse chez les filles, même lorsqu’elle est corrigéepar le poids. Par contre, d’après Rutenfranz et coll. [10] etRowland et Cunningham [12], lors d’études longitudinales, iln’existerait pas de différence significative entre les deux sexesjusqu’à l’âge de 13 ans. Passé cet âge, V~Emax continueraitd’augmenter chez les garçons tandis qu’elle se stabiliserait chezles filles [10]. De même, Kemper et Verschuur [13] montrentque les différences significatives de V~Emax entre les sexes appa-raissent entre 14 et 15 ans soit un peu plus tard que dans lesdeux études précédentes [10, 12]. La discordance de ces résul-tats pourrait être expliquée en partie par l’inhomogénéité de lapopulation par rapport au pic de croissance pubertaire.

L’augmentation, quel que soit le sexe, de V~Emax avec lacroissance traduit l’influence des caractéristiques anthropomé-triques, témoins de la croissance pulmonaire, sur la réponseventilatoire. Les valeurs plus faibles de V~Emax observées chez lesfilles et notamment à partir de la puberté [10, 12, 13] pour-raient donc être en partie dues à l’évolution différente de leurscaractéristiques anthropométriques.

Facteurs de variation et normes de V~Emax

Les principaux facteurs de variation de V~Emax sont lescaractéristiques anthropométriques (masse corporelle totale,masse maigre et taille). Mais il faut aussi considérer, commepour la V~O2max [1], le niveau d’activité physique.

Masse corporelle totale

De nombreux auteurs ont tenté de normaliser la V~Emaxpar la masse corporelle totale compte-tenu des relations étroi-tes entre ce paramètre et la croissance de la cage thoracique etdu volume pulmonaire [16]. Les résultats sont contradictoires.Certains obtiennent une relation linéaire entre V~Emax et massecorporelle totale. En effet, Robinson [14] rapporte des valeursde V~Emax·kg–1 relativement stables avec l’âge(1,59 l·min–1·kg–1 à 6 ans versus 1,60 l·min–1·kg–1 entre 14 et18 ans) ce qui indique une augmentation proportionnelle-ment identique de V~Emax et de la masse corporelle totale avecl’âge. De même, Morse et coll. [17] n’observent aucune modi-fication de V~Emax·kg–1 avec l’âge chez des garçons âgés de 10 à17 ans. Ainsi Rowland et Cunningham [12] proposent denormaliser V~Emax par le poids sans différence entre les sexes :V~Emax = 1,83 ± 0,04 l·min–1·kg–1. Cependant, la populationétudiée ne concerne que la période prépubertaire.

D’autres auteurs rapportent [4, 10, 11] au contraire, unchangement de V~Emax·kg–1 en fonction de l’âge avec une baissede la valeur de V~Emax·kg–1 avec l’âge. En fait, l’évolution deV~Emax en fonction de la masse corporelle est mieux décrite,comme pour V~O2max, par les relations allométriques [2]. Ellesreprésentent une fonction puissance entre un paramètre phy-siologique Y et un paramètre anthropométrique comme lamasse corporelle totale (M) : Y = aMb. Cette équation reflèteles variations respectives de deux paramètres, l’un par rapport àl’autre. En effet, V~Emax peut augmenter de la même manière ouplus ou moins vite que la masse corporelle totale au cours de lacroissance. Si le coefficient b est égal à 1, V~Emax et massecorporelle totale augmentent de façon identique. Si le coeffi-cient b est inférieur à 1, la masse corporelle totale augmenteplus vite que V~Emax et inversement si b est supérieur à 1.Mercier et coll. [18], sur une population de 76 garçons âgés de10,5 à 15,5 ans, montrent que la masse corporelle totale expri-mée en kilogramme augmente plus rapidement que V~Emax etrapportent une fonction puissance avec un coefficient de pro-portionnalité b égal à 0,68 : V~Emax (l·min–1) = 5,21 (masse(kg)0,68. Cette étude française est importante puisqu’elle a étéréalisée sur des enfants non entraînés et qui étaient donchomogènes au niveau de leur activité physique. Elle restecependant critiquable compte tenu de l’inhomogénéité de lapopulation au sein de chaque groupe d’âge vis-à-vis du pic decroissance pubertaire et compte tenu aussi du faible nombre desujets par groupe (n = 15 en moyenne). Le même type decritique peut être fait à l’égard des relations allométriques éta-blies entre la ventilation et la masse corporelle totale par

J. Prioux et coll.

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11906

Rowland et Cunningham [12], chez 20 enfants âgés de 9 à 13ans. Les résultats de cette étude qui montrent une fonctionpuissance avec un coefficient de proportionnalité b égal à 0,92(V~Emax (l·min–1) = 0,38 × masse (kg)0,92) sont toutefois enaccord avec ceux de Mercier et coll. [18]. Il manque cependantdes études longitudinales avec un grand nombre de sujets desdeux sexes pour pouvoir 1) proposer des normes satisfaisantestenant compte du stade pubertaire et 2) déterminer précisé-ment le type de relation qui lie la masse corporelle totale àV~Emax pendant la croissance.

Masse maigre

La masse maigre est un meilleur indicateur que la massecorporelle totale, de la masse musculaire et donc indirectementde la masse des muscles respiratoires. C’est pourquoi certainsauteurs ont étudié les relations liant ces deux paramètres chezles enfants pendant la croissance. Mercier et coll. [18], au coursd’une étude transversale ont montré que la masse maigre, aumême titre que la masse corporelle totale, augmente plus viteque V~Emax au cours de la croissance : V~Emax (l·min–1) =3,85 × lbm (kg)0,79. Ces résultats montrent un coefficient bplus élevé avec la masse maigre qu’avec la masse corporelletotale (0, 79 versus 0, 69). Pour ces auteurs, la masse maigrereprésente parmi les caractéristiques anthropométriques, lefacteur déterminant le plus important de l’augmentation deV~Emax.

Bien que satisfaisante, cette équation ne serait qu’uneapproximation puisqu’il semble que la relation entre la massemaigre et V~Emax ne soit pas la même avant, pendant et après lepic de croissance pubertaire. En effet, Prioux et coll. [11] ontmontré au cours d’une étude semi-longitudinale menée surtrois ans et sur trois groupes d’enfants d’âge différent que lespentes des droites de régression liant V~Emax à la masse maigresont plus élevées pendant et après la période pubertaire quependant la période pré pubertaire. Il manque donc à ce jour desétudes avec un grand nombre de sujets des deux sexes propo-sant des équations qui prennent en compte le niveau de matu-ration des enfants.

La taille

La taille est le paramètre le plus simple à mesurer pourévaluer la croissance. Il a donc été naturellement proposécomme facteur déterminant de la réponse ventilatoire. Ainsi,Mercier et coll. [18] montrent une relation significative entrela taille et V~Emax : V~Emax (l·min–1) = 1,8 10–3 × taille (cm) 2,06.De même, Rutenfranz et coll. [10] montrent que V~Emax estreliée linéairement à la taille jusqu’à une valeur de 160 cm chezles filles et de 170 cm chez les garçons avec ensuite une dimi-nution de V~Emaxau-delà de ces tailles. Pour expliquer ces résul-tats les auteurs précisent que chez les filles la taille de 160 cm estatteinte aux environs de 13 ans et qu’au-delà de cet âge l’apti-tude physique des filles diminue [4] ce qui expliquerait ladiminution de V~Emax. Selon Rowland [19] la mesure de lataille du corps ou de la taille élevée au carré représente la

méthode la plus pratique et la plus précise pour normaliser laventilation maximale. Ceci est en accord 1) avec les résultats deSimon et coll. [20] qui montrent que l’âge chronologique dupic de croissance des poumons coïncide avec celui du pic decroissance de la taille et avec 2) les résultats de Cotes [21] quimontrent que la taille est, parmi les caractéristiques anthropo-métriques, le paramètre généralement le mieux corrélé auxfonctions respiratoires. Pourtant, l’utilisation systématique dela taille comme facteur déterminant de la V~Emax, préconiséepar Rowland [19] est temporisée par l’étude de Mercier et coll.[18]. En effet ces auteurs montrent que la masse corporelletotale ou la masse maigre sont de meilleurs paramètres expli-catifs des modifications de la V~Emax au cours de la croissance.

Activité physique et aptitude physiqueBien que l’influence de la croissance sur l’évolution de

V~Emax ait été étudiée depuis longtemps, aucun travail à notreconnaissance n’a évalué chez l’enfant l’influence du niveaud’activité physique ou de l’aptitude physique sur V~Emax aussiclairement que pour V~O2max. La première étude longitudinalesur V~Emax a été effectuée en Europe du Nord par Rutenfranz etcoll. [10]. Ces auteurs ont mis en évidence une différencestatistiquement significative de V~Emax entre les deux sexes àpartir de la puberté. Ils expliquent leurs résultats par une acti-vité physique moindre chez les filles, associée à une plus faibleaptitude physique aérobie.

Pourtant, d’après Ramonatxo et coll. [22], l’aptitudephysique aérobie ne semble pas être un facteur déterminant dela V~Emax. En effet, ces auteurs observent des V~Emax identiqueschez deux groupes de jeunes nageurs présentant une activitéphysique identique, mais une V~O2max, reflet de leur aptitudephysique aérobie, différente.

Il semble donc difficile au vu de ces résultats de concluresur le rôle joué par l’activité physique ou l’aptitude physiquesur les valeurs de V~Emax. Il est nécessaire de réaliser des travauxcentrés sur l’étude de ce paramètre en utilisant des question-naires d’activité physique précis et validés.

Les réserves ventilatoires

L’adulte sain non entraîné n’est pas limité par la ventila-tion au maximum de l’exercice. En effet la ventilation maxi-male volontaire (VMV) est toujours supérieure à V~Emax. Ladifférence entre ces deux paramètres représente les réservesventilatoires (RV). Chez l’adulte, elles correspondent à envi-ron 30 % de la VMV. La mesure directe de VMV est cepen-dant très dépendante de la motivation du sujet. Pour éviter cefacteur de variabilité une mesure indirecte (VMVcalculée) a étéproposée en multipliant le volume expiratoire maximalseconde (VEMS) par 35 [23, 24]. L’estimation des réservesventilatoires au maximum de l’effort est très importante puis-qu’elle permet de savoir si la ventilation est un facteur limitant

Réponse ventilatoire chez l’enfant sain

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ou non de l’exercice. Chez l’enfant il existe très peu de donnéessur l’évolution des réserves ventilatoires au cours de la crois-sance. Armstong et coll. [15] montrent chez des enfants pré-pubères des valeurs de réserves ventilatoires comparables àcelles de l’adulte aussi bien chez les filles que chez les garçons.Une seule étude à notre connaissance s’est intéressée à l’évolu-tion des réserves ventilatoires au maximum de l’effort chezl’enfant au cours de la croissance [25]. Réalisée chez 299enfants non entraînés (197 garçons et 102 filles âgés de 11 à 16ans), les résultats montrent que : 1) chez les garçons les réservesventilatoires augmentent de 19,4 % à 11 ans à 28,1 % à 16ans, 2) pour un même âge les réserves ventilatoires des fillessont significativement plus élevées que celles des garçons, 3)l’augmentation des réserves ventilatoires semble être en rela-tion avec le pic de croissance pubertaire, et 4) chez les enfantsles plus âgés les réserves ventilatoires sont égales à celles desadultes. Ce dernier résultat est en accord avec celui de Godfrey[26] qui montre que les réserves ventilatoires semblent être lesmêmes chez les enfants les plus âgés et chez les adultes, c’est àdire situées entre 30 % et 40 % de VMV.

Pour Godfrey [26] V~Emax/VMV devrait être utilisécomme un indicateur d’effort maximal : si V~Emax correspond àmoins de 60 % de VMV (c’est à dire des réserves ventilatoiressupérieures à 40 %), alors l’enfant n’a probablement pas réaliséun exercice maximal ou son effort est limité par une cause autreque ventilatoire (cardiaque ou musculaire).

Ainsi, bien que peu étudiées chez l’enfant, les réservesventilatoires peuvent être très utiles dans la conduite et l’inter-prétation d’une épreuve d’effort. Il semblerait que les valeurspassent d’environ 20 % à 11 ans à 30 % vers l’âge de 16 anspour les garçons, avec des valeurs supérieures chez les filles.

Le régime ventilatoire maximal

Classiquement la ventilation est le produit du volumecourant (VT) et de la fréquence respiratoire (f). Elle peut aussise décomposer en terme de débit inspiratoire moyen, rapportduVT sur le temps inspiratoire (VT/TI) et du rapport (TI/TTOT). On distingue donc des paramètres maximaux durégime ventilatoire liés au volume (VT et VT/TI) et des para-mètres maximaux liés au temps (f et TI/TTOT).

Les paramètres maximaux de volumeVolume courant maximal (VTmax)

Il semble exister un large consensus sur l’évolution du VT

à l’exercice maximal pendant la croissance. En effet, les 3 étu-des longitudinales qui s’y sont intéressées montrent une aug-mentation linéaire de VTmax avec l’âge jusqu’à 15 ans pour lesgarçons [10, 11, 13] et 13 ans pour les filles [10, 13] avec desvaleurs de VTmax significativement plus élevées chez les garçonspar rapport aux filles [10, 13]. Au-delà de 13 ans pour les filleset 15 ans pour les garçons VTmax n’augmente plus significati-

vement. En effet, l’étude longitudinale de Rutenfranz et coll.[10] montre un VTmax qui passe de 0,85 ± 0,13 litres à 8 ans à2,08 ± 0,36 litres à 15 ans chez les garçons et de 0,74 ± 0,16litres à 8 ans à 1,78 ± 0,26 litres à 15 ans chez les filles. De plus,ces valeurs semblent être confirmées par l’étude semi-longitudinale de Prioux et coll. [11].

Rapport : VTmax/capacité vitale (CV)

Il existe une autre façon d’étudier l’évolution du VT àl’exercice maximal pendant la croissance. Elle consiste à expri-mer VTmax en fonction de la capacité vitale du sujet. Les résul-tats de la littérature sont concordants. Ainsi pour Gratas etcoll. [29] VTmax correspond à 45 % de la capacité vitale chezdes garçons prépubères âgés de 11 à 13 ans. Pour Astrand [5] lerapport VTmax/CV serait plus faible chez les garçons prépubè-res (48 %) par rapport aux adolescents (54 %). Des résultatssimilaires sont observés par Andersen et coll. [30] et Ruten-franz et coll. [10] qui montrent que le rapport VTmax/CVaugmente de 40 % à 8 ans à 48 % à 15 ans. Enfin, pour Priouxet coll. [11] le rapport VTmax/CV, même s’il ne change passignificativement, varie de 46 % à 11 ans à 49 % à 17 ans.Tous ces résultats vont dans le sens de valeurs plus faibles durapport chez les enfants les plus jeunes. Les valeurs du rapportVTmax/CV observées chez les enfants les plus âgés sont parcontre identiques à celles des adultes c’est à dire proches de50 % [31]. Selon Gratas et coll. [29] le plus faible pourcentagede capacité vitale observé chez les enfants les plus jeunes pour-rait s’expliquer par une force des muscles respiratoires plusfaible [32] mais aussi par une moindre compliance pulmonaire[16]. Seuls Rutenfranz et coll. [10] se sont intéressés à l’évolu-tion du rapport VTmax/CV en fonction du sexe. Ils ont observéun VTmax/CV plus faible chez les filles par rapport aux garçons(36 % versus 40 %) vers 8 ans avec une différence similairependant la croissance (40 % versus 48 %) vers l’âge de 15 ans.

Facteurs de variationLa masse totale et la masse maigre sont les caractéristiques

anthropométriques qui expliquent le mieux les variations deV~Emax et VTmax avec la croissance [18]. Contrairement au VT

rapporté au poids qui, dans des conditions de repos, diminuelégèrement de 4 ans à l’âge adulte [27, 28], VTmax croît linéai-rement avec ces deux facteurs. En effet le coefficient de propor-tionnalité b des équations allométriques est très proche de 1.Mercier et coll. [18] ont montré chez 76 enfants âgés de 10,5 à15,5 ans que VTmax et masse totale étaient liés par l’équationsuivante : VTmax = 3,8 10–3 × masse (kg)0,96. Cependant, c’estla masse maigre qui est le facteur déterminant le plus impor-tant du VTmax puisqu’il explique le plus grand pourcentage desa variation (77 %) : VTmax = 0,028 × lbm (kg)1,07. Ainsi lesétudes qui n’ont pas utilisé ces équations et proposent desvaleurs de VTmax simplement corrigées par le poids ne sont pastrès éloignées de la réalité. Une valeur stable de VTmax·kg–1

entre 9 et 13 ans (29,8 ml·kg–1 ± 1,5) et sans différence entre

J. Prioux et coll.

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11908

les sexes a été trouvée par Rowland et Cunningham, [12].Cette valeur est similaire à celle retrouvée par Boule et coll.[33] chez des garçons et des filles âgées en moyenne de 10 ± 1,8ans. Astrand [5] observe aussi une stabilité de VTmax·kg–1 entre7 et 13 ans chez des garçons et des filles mais les valeurs obser-vées sont un peu plus élevées que les précédentes : 35 ml·kg–1

chez les garçons et 34 ml·kg–1 chez les filles avec une augmen-tation des valeurs jusqu’à 42 ml·kg–1entre 14 et 15 ans chez lesgarçons.

Le débit inspiratoire maximalLe débit inspiratoire maximal (VT/TImax) a été peu étudié

dans la littérature. C’est pourtant un paramètre intéressant entant qu’index de la commande centrale au cours de l’exercicemusculaire. VT/TImax augmente linéairement avec l’âge etpasse de 1,9 ± 0,4 à 3,6 ± 0,6 l·min–1 de 11 à 17 ans [11].Comme VTmax, VT/TImax est hautement dépendant des carac-téristiques anthropométriques. En effet, Mercier et coll. [18], àl’aide des équations allométriques, rapportent des coefficientsde proportionnalité b égaux à 0,78 pour la masse corporelletotale et à 0,83 pour la masse maigre. Ces résultats montrentque VT/TImax augmente légèrement moins vite que la masse aucours de la croissance.

Prioux et coll. [11], montrent pour VT/TImax, rapporté àla masse corporelle, une valeur de 50 ml·s–1·kg–1 qui ne variepas de 11 à 16 ans.

Ainsi la stabilité de ce paramètre semble remarquable,mais des études sont nécessaires, chez des enfants atteints depathologies respiratoires, cardiaques ou neuromusculaires,pour permettre de mieux comprendre son évolution en fonc-tion de diverses pathologies, et faciliter ainsi l’interprétationdes valeurs obtenues au cours d’une épreuve d’effort.

Les paramètres maximaux de temps

Ces paramètres sont représentés par la fréquence respira-toire (f) et le rapport du temps inspiratoire (TI) sur le tempstotal d’un cycle respiratoire (TTOT).

La fréquence respiratoire maximale (fmax)fmax diminue légèrement avec l’âge, sans différence signi-

ficative entre les deux sexes [5, 10, 11, 14, 17, 18]. Ainsi,l’étude semi-longitudinale de Prioux et coll. [11], réalisée surbicyclette ergométrique, montre des valeurs de fmax qui passentde 53 ± 7 à 11 ans à 46 ± 7 c·min–1 à 16 ans. Ces résultatsconcordent avec l’ancienne étude de Morse et coll. [17] quiproposaient d’exprimer fmax en fonction de l’âge : fmax (min–1)= 60,5-0,92 [âge (années)]. D’autre part, il semble que fmax

dépende du type d’appareillage utilisé. Les valeurs trouvées surtapis roulant sont supérieures à celle observées sur ergocycleavec des valeurs avoisinant les 60 min–1 ente 9 et 13 ans [12,13].

Bien que l’on observe une diminution de fmax avec l’âge,les caractéristiques anthropométriques comme la taille ou lamasse corporelle ne sont pas des facteurs déterminants impor-tants. En effet, Mercier et coll. [18] montrent que fmax est liéeà la masse corporelle et à la taille par des équations allométri-ques. Mais ces paramètres sont de faibles déterminants car ilsexpliquent environ 15 % de la variation de fmax.

Le rapport TI/TTOT

TI/TTOT au maximum de l’effort ne semble pas êtreinfluencé par l’âge des sujets. Ce rapport reste constant aucours de la croissance avec une valeur proche de 0,5 [18, 34].De plus, contrairement aux paramètres volumétriques (V~E etVT), les paramètres de temps ne dépendent pas des caractéris-tiques anthropométriques de l’enfant [18].

Conclusion

Il est clair que les paramètres volumétriques (V~E et VT)dépendent, au maximum de l’exercice, de la masse musculaire.Celle-ci joue un rôle de régulation sur la ventilation avec ledioxyde de carbone produit par la masse active. Pour V~Emax, lasimple normalisation par la masse totale (V~Emax = 1,83 (0,04)l·kg–1) [12] (tableau I) ne semble pas adaptée puisque V~Emaxrapportée à la masse diminue avec la croissance. Ceci peut êtremis en relation avec la diminution de la réponse ventilatoire àl’exercice que l’on retrouve au cours de la croissance chezl’enfant. Il existe peu d’études qui proposent, sur un grandnombre d’années, des équations sous forme de fonction depuissance entre V~Emax et la masse totale du corps ou entreV~Emax et la masse maigre. Actuellement celles de Mercier etcoll. [18] (tableau I) semblent les plus satisfaisantes [V~Emax(l·min–1) = 5,21 × masse (kg)0,68] ou [V~Emax (l·min–1) =3,85 × lbm (kg)0,79]. Malheureusement des études devraientêtre réalisées chez un plus grand nombre de sujets et devraientinclure une population de filles en nombre égal à celle desgarçons pour pouvoir proposer des valeurs de références.

S’agissant de VTmax la simple normalisation par la massemusculaire paraît adaptée du fait d’une relation linéaire entreces deux paramètres au cours de la croissance. Les résultats desdifférentes études concordent [12, 33] et l’utilisation d’unevaleur d’environ 30 ml·kg–1 en période prépubertaire avec uneaugmentation non significative au cours de la croissance sem-ble être satisfaisante pour les deux sexes.

Bien qu’actuellement son interprétation reste difficile, ledébit inspiratoire moyen VT/TImax reste un des paramètres leplus constant au cours de la croissance, avec une valeur de 50ml.s–1·kg–1. C’est sa mesure systématique et l’expérience dechacun qui permettra d’en faciliter l’interprétation.

Concernant les paramètres qui expriment un temps (f etTI/TTOT) la totalité des études s’accordent à décrire chez lesgarçons comme chez les filles une diminution de fmax avec la

Réponse ventilatoire chez l’enfant sain

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Tableau I.Réponse ventilatoire chez l’enfant rapportée dans la littérature.

Auteurs Références Cohortes et âge Act. physique

au moment

de l’étude

Type d’étude Protocole Equations

Mercier J etcoll.

Eur J ApplPhysiol 1991 ;63 : 235-41.

76 G ;4 groupes

Nonentraînés

Transversale Cycloergomètre< 12 ans : 20 W·min–1

> 12 ans : 30 W·min–1

V~Emax = 5.21 × masse (kg)0,68

11 ans (n = 18) V~Emax = 3.85 × lbm (kg)0,79

12 ans (n = 15) V~Emax = 1.8 × 10–3 × taille (cm)2,06

13 ans (n = 15) VTmax = 0,028 × lbm (kg)1,07

14 ans (n = 15) VTmax = 3,80 × 10–3 masse (kg)0,96

15 ans (n = 13) VT/TImax = 0,109 × lbm (kg)0,83

fmax : 53 à 45 min–1

Rowland TWetCunninghamLN.

Chest 1997 ;111 : 327-32.

11 G et 9 F9-13 ans

Nonentraînés

Longitudinale5 ans

Tapis roulant4 min à 3,25 mph avec8 % de pente puis2 %·min–1 à 3,25 ou3,75 mph

V~Emax = 8,46 × âge (années)-11,1

V~Emax = 0,38 × masse (kg)0,92

V~Emax = 0,36 taille (cm)2,50

V~Emax = 1,83 ± 0.04 l·min–1·kg–1

VTmax = 29,8 ± 1,5 ml·kg–1

fmax : de 65 ± 10 à 57 ± 9 min–1

VE/VO2

G : 37,1 ± 3,5 à 34,0 ± 2,6

F : 39,6 ± 2,2 à 39,4 ± 3,9

Prioux J etcoll.

Acta PhysiolScand 1997 ;161 : 447-58.

44 G ;3 groupes

Nonentraînés

Semi-longitudinale3 ans

Cycloergomètre< 12 ans : 20 W.min-1

> 12 ans : 30 W.min-1

V~Emax

G1 (n = 18) G1 = 1,21 × lbm (kg) + 22,4

11,2 ± 0,2 à13,2 ± 0,2

G2 = 1,72 × lbm (kg) + 2,51

G2 (n = 14) G3 = 2,10 × lbm (kg) + 7,50

12,9 ± 0,2 à14,9 ± 0,2

VTmax

G3 (n = 12) G1 = 0,023 × lbm (kg) + 0,35

14,9 ± 0,3 à16,9 ± 0,3

G2 = 0,040 × lbm (kg) + 0,26

G3 = 0,040 × lbm (kg) + 0,03

fmax

De 53 ± 7 à 11 ans à 46 ± à 16 ans

Prioux J etcoll.

Pflugers Arch2000 ; 440 :R215

197 G et 102 F11-17 ans

Nonentraînés

Transversale < 12 ans : 20 W.min–1

> 12 ans : 30 W.min–1RV

G : 19,4 ± 2,2 à 11 ans et 28,1 ± 2,9à 16 ans

F : 23,1 ± 6.3 à 10 ans et 30,6 ± 4.3à 15 ans

Armstrong Net coll.

Chest 1997 ;112 :1154-560.

101 G et 76 F11 ± 0,4 ans

Nonentraînés

Transversale Tapis4 × 3 min à 7,8, 9 et 10km·h–1 puis → de lapente de 2,5 %·3 min–1

G F

V~Emax 58,4 ± 10,5 49,6 ± 8,6

VTmax 1,14 ± 0,2 0,96 ± 0,2

fmax 52,2 ± 9,7 53,2 ± 11,6

VE/V~O2 29,8 ± 3,2 29,5 ± 3,1

VE/V~CO2 27,9 ± 2,4 28,7 ± 2,2

G : Garçons ; F : Filles ; G1 : Groupe 1 ; G2 : Groupe 2 ; G3 : Groupe 3 ; V~Emax : Ventilation à l’exercice maximal ; VTmax : Volume courant à l’exercice maximal ;VT/TImax : Débit inspiratoire moyen à l’exercice maximal ; fmax : Fréquence respiratoire à l’exercice maximal ; Lbm : Lean body mass ; RV : Réserve ventilatoire.

J. Prioux et coll.

Rev Mal Respir 2003 ; 20 : 904-11910

croissance avec des valeurs qui ne varient pas en fonction dusexe (de 53 ± 7 à 11 ans à 46 ± 7 c·min–1 vers 16 ans, surergocycle). De plus fmax semble dépendante du type d’ergomè-tre utilisé avec sur tapis roulant des valeurs avoisinant les60 min–1. En revanche à l’exercice maximal TI/TTOT restestable puisqu’on retrouve une valeur aux environs de 0,5 toutau long de la croissance [18, 34]. L’évolution de ces deuxparamètres pendant la croissance est très peu dépendante descaractéristiques anthropométriques [18].

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Réponse ventilatoire chez l’enfant sain

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Adaptation cardio-vasculaire à l’effort chez l’enfant

Docteur Sophie Guillaumont

Selon le principe de Fick, la consommation en oxygène au cours de l’exercice dépend

directement du débit cardiaque (réponse centrale) et de la différence artério-veineuse en

oxygène (réponse périphérique). La réponse centrale (augmentation du débit cardiaque) (QC)

est possible par une augmentation du volume d’éjection systolique (VES) et de la fréquence

cardiaque (FC) et constitue l’un des principaux facteurs limitant de l’effort. L’adaptation du QC à

l’effort résulte d’une performance cardiaque dont l’analyse passe par l’étude de la précharge, de

la post charge et de la contractilité.

I – PROBLEMES METHODOLOGIQUES

Les adaptations cardio-vasculaires et les mécanismes sous-jacents ont été décrits à partir des

années 60 ; cependant l’analyse de la réponse centrale et du débit cardiaque est longtemps

restée incomplète du fait des difficultés de mesure. Les premières études ont été réalisées chez

le chien (années 70) puis chez l’homme avec des méthodes invasives de mesure cardiaque sur

quelques volontaires (années 80 à 90). Les spécificités pédiatriques n’ont été étudiées qu’à

l’apparition des mesures non invasives du débit cardiaque qui sont au nombre de trois, méthode

de rebreathing (CO2 ou acétylène), échographie doppler, bio-impédance.

II – ADAPTATION CARDIO-VASCULAIRE CHEZ L’HOMME

- Analyse de la réponse centrale (QC = VES x FC) Au cours d’un exercice musculaire progressif, l’augmentation du débit cardiaque se fait de façon

progressive et linéaire. Pendant les premiers niveaux d’exercice, l’augmentation du QC se fait à

la fois par l’augmentation de la FC et du VES. A moyen et haut niveau d’exercice,

l’augmentation de la FC se poursuit avec une stabilité du VES jusqu’à la fin de l’exercice.

- L’augmentation rapide et précoce du VES implique plusieurs mécanismes :

. augmentation du remplissage cardiaque comme en témoigne l’augmentation des

dimensions ventriculaires gauches en diastole et l’augmentation des pressions artérielles

pulmonaires ; cette majoration du remplissage VG provient d’ une augmentation du retour

veineux systémique par mobilisation du volume sanguin par les muscles squelettiques qui

agissent alors comme une pompe. Les contractions musculaires permettent de chasser le sang

des vaisseaux capillaires vers le cœur, chasse encore favorisée par la veino-constriction.

L’augmentation du retour veineux systémique entraîne une majoration des dimensions

ventriculaires diastoliques et le VES s’accroît par étirement des fibres musculaires selon le

mécanisme de Franck -Starling.

. diminution rapide des résistances vasculaires systémiques (RVS). Cette vasodilatation

périphérique est particulièrement importante en début d’exercice liée à la vasodilatation artérielle

dans les territoires en activité et au recrutement de capillaires non perfusés au repos. Cette

chute des RVS reflète un abaissement de la post-charge favorisant alors l’augmentation du

VES.

L’interaction de ces deux mécanismes apparaît probable avec diminution des RVS comme

premier mécanisme par lequel l’oxygène et les métabolismes énergétiques sont délivrés aux

muscles actifs ; à cette vasodilatation s’associe une baisse de la résistance au retour veineux et

donc une augmentation du retour veineux intra-cardiaque.

. Amélioration de la contractilité myocardique décrite par l’augmentation de la fraction de

raccourcissement et la diminution des dimensions systoliques ventriculaires. Cette amélioration

de la contractilité myocardique est sous l’influence des substances adrénergiques avec une

augmentation brutale de l’activité sympathique et une diminution simultanée de l’activité

parasympathique.

- La stabilité du VES en seconde partie d’exercice s’observe parallèlement à une

contractilité myocardique et à un retour veineux systémique qui continue de s’accroître.

- Plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer la limitation du VES malgré cette

augmentation du retour veineux : limitation mécanique par le péricarde, capacité limite du

ventricule droit et de la circulation pulmonaire à délivrer un volume sanguin majoré au cœur

gauche, limitation par la FC ; l’augmentation de la FC annulerait l’augmentation du retour

veineux. Son principal rôle serait le contrôle du volume cardiaque et ce phénomène serait

transmis par des récepteurs auriculaires sensibles aux modifications de pression et de volume

et qui par mécanisme de Feed Back entraîneraient une réponse sympathique avec accélération

de la FC, stabilité des dimensions atriales et ventriculaires diastoliques.

- L’amélioration de la contractilité myocardique permet en fait le maintien de ce VES ; en

effet, à mesure que l’exercice s’intensifie, ce même VES doit être éjecté en un temps de plus

en plus court. La fraction de raccourcissement (index de fonction systolique) augmente de 20 %

pendant que le temps d’éjection systolique diminue de 25 %.

- L’efficacité de l’éjection systolique s’accompagne d’une performance diastolique encore

plus marquée puisque les temps systolique et diastolique sont d’environ 50 % au repos avec

une majoration du pourcentage du temps systolique au maximum de l’effort à 60 % du cycle

cardiaque. De multiples facteurs interviennent pour permettre ce meilleur taux de remplissage :

pompe squelettique, veino-constriction, majoration de la pression pleurale négative , majoration

de la pression positive abdominale, et diminution de la pression télé-diastolique ventriculaire.

Chez l’adulte une diminution du VES a même parfois été décrite en fin d’exercice suggérant

une altération de la compliance ventriculaire.

- Analyse de la réponse périphérique : - La différence artério-veineuse en oxygène s’accroît régulièrement au cours de

l’exercice ; celle-ci est généralement estimée à partir des mesures de VO2 et de QC et peut être

influencée par le taux d’hémoglobine, les modifications locales de circulation musculaire et

d’autres facteurs non cardiovasculaires.

- La diminution considérable des résistances vasculaires devrait dés le début de

l’exercice faire chuter brutalement la pression artérielle mais la commande centrale la

contrecarre d’une part en provoquant une vasoconstriction dans le territoire abdominal d’autre

part en augmentant le QC. La pression artérielle moyenne augmente peu avec une élévation

plus marquée de la systolique et sans modification significative de la diastolique.

III - PARTICULARITES PEDIATRIQUES L’analyse des différences adulte-enfant restent difficile sur le plan méthodologique : nécessité

d’une comparaison avec les mêmes méthodes et matériels, analyses en valeurs maximales et

sous maximales, influence de l’âge de l’enfant et du sexe de l’enfant, ainsi que de l’ergomètre.

Influence de l’age: Pour une VO² donnée le débit cardiaque est abaissé chez l’enfant de moins de 10 ans que ce

soit sur tapis roulant ou cycloergomètre par diminution du VES partiellement compensé par une

FC augmentée. Plusieurs facteurs contribuent à la diminution de ce VES : d’une part la taille

moins importante des cavités cardiaques diminuerait en partie ce VES ; d’autre part, pour une

même VO2 la masse musculaire utilisée chez l’enfant est moindre pour obtenir le même

travail entraînant une augmentation des métabolites. Ceci serait à l’origine d’ une diminution du

retour veineux (précharge). d’une FC augmentée et de résistance vasculaire systémique

augmentée (postcharge) de façon comparable à ce qui a été rapporté chez l’adulte en fonction

de l’importance de la masse musculaire mise en jeu ; le pourcentage de masse musculaire par

rapport est estimé à 44 % chez un enfant de 8 à 10 ans contre 52 % chez un adulte de 20 à 30

ans.

Cependant cette diminution de VES chez l’enfant est abolie ou réduite si l’on rapporte celui ci à

la surface corporelle avec des modalités d’évolution du débit cardiaque en fonction de la VO²

identique ( pente QC/VO2 comparable chez l’enfant et chez l’adulte).

Enfin si l’on normalise par des variables anthropométriques la VO2 ( ml /kg/mn) avec une

analyse des paramètres cardio-vasculaires en pourcentage de la VO² max. pour obtenir un

même niveau relatif d’intensité d’exercice, les valeurs maximales et sous maximales sont alors

similaires chez l’adulte et chez l’enfant ainsi que leurs modalités d’évolution à l’exercice ; ainsi

on obtient un plateau du VES à partir de 40 % de la VO² max. chez les enfants à activité

physique standard, pour un exercice en situation verticale. L’augmentation de la FC est

similaire, linéaire avec néanmoins une FC maximale généralement plus élevée chez l’enfant.

Par contre les résistances vasculaires systémiques restent plus élevées au repos et à l’exercice

à niveau d’intensité relative identique.

Influence du sexe : les résultats restent souvent controversés.

Il semble que pour un débit cardiaque identique à un niveau sous maximal le VES soit

augmenté chez le garçon et la FC diminuée chez la fille, ceci a été vérifié par des études

comparant des groupes de taille identique, et serait relié à une masse VG plus importante chez

le garçon.

Si l’analyse des paramètres cardio-vasculaires est réalisée en fonction du niveau d’exercice, la

diminution du VES chez le garçon reste visible jusqu’au niveau maximal mais la FC maximale

du garçon et de la fille est identique. Cette diminution du VES serait d’ailleurs en partie à

l’origine de la VO2 max. abaissée inférieure chez la fille. Cette différence de VES par rapport au

sexe est réduite de 12 à 5 % si l’on tient compte de la masse grasse. Enfin, dans les dernières

études, en rapportant le VES de repos et les dimensions ventriculaires de repos à la surface

corporelle, il n’existe plus de différence significative entre les deux sexes au repos ce qui

suggère l’influence d’autres facteurs sur le VES à l’exercice, telles que des variations de pré-

charge, post-charge et contractilité.

Au niveau périphérique un profil tensionnel différent est noté en fonction du sexe avec des

chiffres de systolique supérieurs chez le garçon ; une pression artérielle diastolique invariable

est le plus souvent décrite avec parfois une discrète élévation de celle-ci chez le garçon.

Normes pédiatriques : - QC = 6.98 VO2 +4.34 (Nottin)

- ICmax = 10 à 12 l/mn/m2 (revue de la littérature /Rrowland)

- VES max = 55 à 65 ml/mn / m2

- FC max = 210 – 0.65 age

- PAS fillles < 10 ans =130 +/- 10mmHg

10-12 ans = 140 +/- 10

> 12 ans = 150 +/- 10

- PAS garcons < 10 ans = 140+/- 10mmHg

10-12 ans = 140 +/- 10

> 12 ans = 155 +/- 10

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Que faut il savoir de l'utilisation des substrats au cours de l'exercice

chez l'enfant ? : Exemple de obèse.

Professeur Jaques Mercier

Calorimétrie d'effort et prescription d'activité physique chez l’enfant obèse? J Mercier Université MONTPELLIER1, UFR de Médecine, Laboratoire de Physiologie des Interactions, Montpellier Institut de Biologie, Boulevard Henri IV, F-34062 France et Service Central de Physiologie Clinique, Unité d'Exploration Métabolique (CERAMM), Hôpital Lapeyronie, 34295 Montpellier cedex 5 1. La fonction musculaire au cœur de la pathophysiologie de l'obésité. L'obésité, qui prend des dimensions épidémiques en ce début de XXIe siècle tant dans notre pays que dans le monde entier, est caractérisée par un stockage excessif de réserves adipeuses résultant d'un déséquilibre de la balance énergétique: les apports nutritionnels excédant les besoins énergétiques. La sédentarité croissante des populations est une des explications principales de cette véritable pandémie. On a pu ainsi mettre en évidence une corrélation entre la durée journalière d'activités sédentaires (min/jour) et la masse grasse. L'excès pondéral s'avère proportionnel au temps passé devant la TV, la durée de 3h journalières apparaissant comme un seuil au delà duquel le risque devient important. Le muscle des obèses présente des particularités métaboliques [Caprio et coll, 1999]. En particulier l’utilisation des substrats énergétiques à l’exercice est modifiée. On peut mettre en évidence des perturbations de oxydation des lipides et de l'utilisation des glucides. En particulier [Perez-Martin et coll 2001] la comparaison des débits d'oxydation lipidique et glucidique à différentes intensités d'exercice chez des sujets en surpoids et des sujets de poids normal, montre une altération de la balance glucido-lipidique à l'effort chez les sujets obèses sédentaires, caractérisée par une moindre oxydation lipidique par rapport aux témoins étudiés à même intensité relative d'exercice

(comparaison des balances des substrats à l'exercice chez un sujet témoin (en haut) et un obèse (en bas) La puberté, par ailleurs, modifie aussi cette balance d’utilisation des substrats énergétiques à l’exercice [Brandou, in press] 2. Modalités de prescription de l’exercice Il existe une littérature assez abondante démontrant l’intérêt des exercices en endurance chez l’obèse [Jakicic et coll., 2001] . Dans l’ensemble il est démontré que :

1) l’obésité est favorisée par la sédentarité et prévenue par une activité régulière ; 2) l’exercice peut aider à l’amaigrissement maisil faut le pratiquer de façon très intensive 3) l’exercice est un outil précieux et efficace de stabilisation du poids après amaigrissement,

contribuant à maintenir à long terme la réduction pondérale obtenue par différentes stratégies diététiques

Il existe donc un consensus certain pour promouvoir l’activité physique Les recommandations actuelles ont été résumées dans un document de l’« American College of Sports Medicine » [Jakicic et coll., 2001] a) durée On admet qu’elle doit être d’au moins 30 à 45 minutes en continu. C’est en effet l’exercice prolongé en plateau qui permet d’oxyder des quantités importantes de lipides, tandis que la plupart des sports ludiques utilisant des exercices intenses brefs ou intermittents utilisant préférentiellement des glucides. b) fréquence Les effets de l’entraînement sont rapidement réversibles [Tremblay et coll., 1988]. Dès l’arrêt, en quelques semaines s’observe une reprise de poids rapide [van Aggel-Leijssen et coll., 2002]. Une séance hebdomadaire est métaboliquement insuffisante. Il en faut plusieurs. La recommandation actuelle est donc de réaliser 3 séances / semaine [« American College of Sports Medicine » Jakicic et coll., 2001 ]. c) intensité C’est cette question qui est davantage controversée. Différents niveaux d’exercice ont été proposés par différentes équipes : 40 % de la VO2max van Aggel-Leijssen et coll., 2001 70 % de la VO2max Kanaley et coll., 2001 85 % de la VO2max Rice et coll., 1999 Toutes ces propositions sont en fait arbitraires, ou basées sur des considérations théoriques. Notre démarche à Montpellier est de cibler individuellement ce réentrainement, à partir de la mesure, lors d’un test d’effort, des niveaux d’exercice auxquels l’oxydation des lipides est la plus importante. Nous avons étudié cette question chez l’adolescent obèse, observant que l’exercice en endurance à un tel niveau ciblé par calorimétrie d’effort occasionne en deux mois, tout comme chez l’adulte, une perte de masse grasse respectant la masse maigre et augmente l’aptitude à oxyder les lipides à l’exercice.

Chez l’adolescent obèse, nous avons vérifié l'impact d'un programme de réhabilitation (exercice et diététique) de deux semaines dans un centre spécialisé et 6 semaines de suivi à l'extérieur, sur la composition corporelle et l'utilisation des substrats énergétiques à l'effort. [Brandou et al, 2003] Sur quatorze adolescents obèses participant au stage de deux semaines, sept adolescents ont poursuivi le réentraînement à l'extérieur. Un réentraînement individualisé ciblé à l’aide de la calorimétrie d’effort sur le niveau auquel l’oxydation des lipides est maximale a été programmé sur deux mois. A l'issue de ce programme de réhabilitation, les quatorze adolescents présentaient une diminution de poids et les sept sujets ayant poursuivi le réentraînement à l'extérieur, montraient une augmentation de l'utilisation des lipides à l'effort. Ainsi les adolescents qui ont poursuivi pendant deux mois cet entraînement régulier ciblé présentent une augmentation de la capacité à oxyder les lipides à l'effort qui ne s'observe pas chez ceux qui ont seulement suivi un régime après leur sortie du centre.

effets sur l'oxydation des lipides à l'effort du réentraînement + régime (en haut) et du régime seul (en bas)

d'après Brandou 2003

Dans un autre travail, [Brandou et al, 2005] nous avons évalué l'effet de deux types d'entraînements d'une durée de deux mois fondés sur des intensités de travail différentes (basse et haute) associés à un régime hypocalorique. Quinze enfants obèses ont participé à un programme combinant exercice et régime (celui-ci a débuté deux semaines avant l'entraînement). Tous les enfants ont perdus du poids. Alors que pour le groupe à basse intensité l'oxydation des lipides et des glucides reste inchangée après l'entraînement, l'oxydation des lipides est diminuée et celle des glucides augmentée pour le groupe haute intensité. L'oxydation des substrats est donc maintenue pour le groupe basse intensité et modifiée (diminution des lipides, augmentation des glucides) pour le groupe haute intensité. L'entraînement à basse intensité semble

contrecarrer le déclin de l'oxydation des lipides provoqué par un régime hypocalorique et doit être ainsi effectué en même temps que le régime pour une meilleure stratégie de perte de poids. 3. Bases physiopathologiques d’un ciblage du réentraînement de l’adolescent obèse L'entraînement sportif permet d'augmenter l'utilisation oxydative des lipides à l'exercice, ceux-ci devenant la source d'énergie prédominante pour l'exercice en endurance. Cette utilisation augmentée des lipides explique majoritairement l'accroissement de la quantité totale d'énergie utilisée. Ainsi, une relative épargne des glucides (stocks de glycogène) est réalisée. Le groupe de George Brooks a proposé un modèle heuristique de ces interactions sous le nom de "crossover concept" . Selon cet auteur), on peut considérer que: a) les lipides constituent la source d'énergie majeure (environ 60%) pour le muscle au repos; b) l'entraînement en endurance produit des modifications biochimiques du muscle et des adaptations endocriniennes qui favorisent l'épargne du glycogène, adaptent étroitement le débit de la glycolyse à celui du cycle de Krebs et accroissent l'oxydation des lipides aux puissances faibles d'exercice; c) l'ajustement du débit de la glycolyse à celui du cycle de Krebs réduit la production de lactate en réduisant l'accumulation de pyruvate à l'entrée du cycle de Krebs; d) le besoin énergétique déterminé par l'intensité de l'exercice est le déterminant majeur de la proportion respective de glucides et de lipides utilisés: les glucides devenant prépondérants aux puissances élevées. Lorsque ceux-ci représentent plus de 70%, on observe une élévation de la lactatémie et le seuil ventilatoire, ces trois phénomènes étant généralement (mais pas toujours) concomittants. Chez l'homme, l'entrainement en endurance accroît la capacité d'oxyder les lipides en accroissant la masse mitochondriale musculaire et les enzymes de la B-oxydation.

Point de croisement de l’utilisation des substrats

PdC

Entraînement

Repos 20 40 60 80 100

VO max (%)2

.

40

50

60

70

80

90

100

GL

UC

IDE

S(%

)

0

10

20

30

40

50

60

LIP

IDE

S(%

)

« Crossover Concept » : Balance glucido-lipidique à l’exercice »Brooks et Mercier, 1994

«« CrossoverCrossover ConceptConcept » : Balance » : Balance glucidoglucido--lipidiquelipidique à l’exerciceà l’exercice »»Brooks et Mercier, 1994Brooks et Mercier, 1994

Balance énergétique à l’exerciceBalance énergétique à l’exercice

Substrats énergétiquesSubstrats énergétiques

GlucidesGlucides ProtidesProtides LipidesLipidesGlucidesGlucides LipidesLipides

4. Application de ces concepts : un test de calorimétrie d’effort utilisé pour cibler le réentraînement. Nous utilisons une épreuve à quatre paliers de 6 minutes suivie d'une série d'incrémentations rapides jusqu'au maximum tolérable dans ces conditions, sur une bicyclette ergométrique reliée à un analyseur permettant l’analyse des échanges gazeux cycle à cycle et la surveillance électrocardiographique et mesures de VO2, VCO2, et QR. L’épreuve comporte une période de repos de 3 minutes, une période d'échauffement initial à 20% de la Puissance Maximale Prédite de 3 minutes. Après cette phase d’échauffement le test comporte quatre paliers de 6 minutes chacun réalisés respectivement à environ 30, 40, 50 et 60% de la P.M.P. Après le dernier palier de six minutes, deux à trois paliers courts de une minute, peuvent être réalisés pour atteindre les critères classiques de maximalité de l’épreuve. Durant toute l’épreuve, une surveillance électrocardiographique est réalisée. La phase de récupération comporte deux périodes durant lesquelles la surveillance des paramètres respiratoires et cardiaques est maintenue : récupération active à 20% de la Puissance Maximale Prédite pendant 1 minute; récupération passive pendant les 2 minutes suivantes.

Calorimétrie indirecte à l’effortDébit d’oxydation glucidique (mg.min-1) = 4,585 VCO2 - 3,2255 VO2Débit d’oxydation lipidique (mg.min-1) = 1,6946 VO2 - 1,7012 VCO2

Frayn, 1983

CalorimCaloriméétrie indirecte trie indirecte àà ll’’efforteffortDDéébit dbit d’’oxydation glucidique (mg.minoxydation glucidique (mg.min--11) = 4,585 VCO2 ) = 4,585 VCO2 -- 3,2255 VO23,2255 VO2DDéébit dbit d’’oxydation lipidique (mg.minoxydation lipidique (mg.min--11) = 1,6946 VO2 ) = 1,6946 VO2 -- 1,7012 VCO21,7012 VCO2

FraynFrayn, 1983, 1983

L’épreuve de calorimétrie indirecte à l’effortL’épreuve de calorimétrie indirecte à l’effort

20 %30 %

40 %50 %

60 %

ÉÉpreuve dpreuve d’’efforteffort

RécupérationRepos Exercice

Temps(min)

60 12 18 24 30

Charge (%) VO2max théorique ou réelle

A jeunA jeunA jeun

...

Analyse de l'oxydation des glucides et des lipides à l'exercice A la fin de chaque palier, durant la cinquième et la sixième minutes, on relève les valeurs de VO2 et de VCO2, mesurées chaque trente secondes, et celles-ci sont alors moyennées. A partir de ces valeurs, nous détereminons la part respective d’oxydation des glucides et des lipides en appliquant la théorie de la calorimétrie indirecte qui utilise les formules suivantes [Péronnet et Massicote]: Glucides (mg/min)= 4,585 VCO2 - 3,2255 VO2 Lipides (mg/min)= - 1,7012 VCO2 + 1,6946 VO2

Ces calculs sont effectués à partir des valeurs moyennées de la 6ème minute de chaque palier (zone considérée comme celle où la production de CO2 à partir des bicarbonates pour compenser la production de lactate est devenue négligeable). L'incrément du débit d'oxydation des glucides au dessus des valeurs basales est une fonction linéaire de la puissance développée et la pente de cette relation est calculée, fournissant le coût glucidique du watt. L'exercice produit comme nous l’avons vu une augmentation de l'oxydation des lipides, mais ce mécanisme adopte la forme d'une courbe en cloche: après un maximum l'utilisation des lipides décroît pour les puissances élevées. Le mécanisme exact de cette diminution de l'utilisation des lipides pour les fortes puissances est en fait imparfaitement connu: une diminution de la lipolyse en expliquerait une partie, conjointement avec des modifications métaboliques intra-myocytaires La formule empirique de la calorimétrie indirecte qui fournit le débit d'oxydation des lipides s’écrit: Lipides (mg/min)= - 1,7012 VCO2 + 1,6946 VO2 Il est facile de déduire de cette formule que la relation entre puissance (P) et oxydation des lipides (Lox) décrit une courbe en cloche de la forme Lox = a. P (1-QR) dont le lissage permet de calculer la puissance pour laquelle l'utilisation des lipides est maximale, qui est le point où la dérivée de cette courbe s'annule . Cette approche calorimétrique au cours de paliers courts de 6 minutes commence à être utilisée par quelques auteurs. Elle est rendue possible par la constatation du fait que la lactatémie d'exercice influe peu sur le QR après 3-4 minutes d'exercice à un plateau stable de puissance imposée. Le CO2 produit à partir

de la réserve sanguine de HCO3- pour tamponner le co-efflux de H+ et lactate- à partir des muscles peut en effet être considéré comme negligeable. On peut calculer qu'au plus haut palier de 6 min l'accroissement le plus rapide (environ 2 mmol-1min-l) de la lactatémie n'accroîtrait la VCO2 que de 3%.

En effet, en supposant que le volume de distribution de lactate est proportionnel d'un facteur 100 ml.kg-l à la masse du corps et donc représente environ 8 l, ceci mobiliserait 16 mmol de HCO3- pour former sur 6 min approximativement 1.8 l.min-l de CO2. Dans ces conditions la VCO2 augmenterait de moins de 0.06 1. min-l soit approximativement 3%. Ainsi, l'augmentation du QR dans ces conditions d'exercice est expliquée presque totalement par la proportion entre glucides et lipides oxydés, indépendamment de la lactatémie. La validité de cette approche calorimétrique est encore confirmée par les travaux de Romijn et al qui ont montré chez des sportifs très entraînés que jusqu'à 80-85% de la VO2max les calculs de calorimétrie basés sur les échanges respiratoires à l'exercice montrent une excellente concordance avec la mesure plus lourde et plus invasive utilisant des isotopes stables. Si l'on compare des exercices à 33 et 66% de VO2max on observe que l'utilisation des protéines reste stable aux différents niveaux d'exercice. ce qui justifie l'interprétation de la balance des substrats en termes de % respectifs G/L. Une controverse : la durée des paliers. Parmi les tests de calorimétrie d’effort permettant de calculer la part respective de glucides et de lipides oxydés à différents niveaux d’exercice, certains utilisent des paliers de 6 minutes et d’autres (Jeukendrup et Achten) des paliers ultra-courts de 3 minutes. Cette dernière méthode a été validée par sespromoteurs chez des sportifs et des témoins en bonne santé. Mais reste-t-elle valable chez des patients très sédentaires, qui mettent plus de temps à obtenir un état stable d’échanges gazeux respiratoires? Nous avons comparé les données de calorimétrie obtenues à partir des 2e-3e minutes et des 5-6e minutes lors d’un protocole à 5 paliers submaximaux de 6 minutes chez 11 sujets (âge moyen 49 ans) dont 3 témoins, 3 obèses et 6 diabétiques de type 2. Les quotients respiratoires lors des paliers de 3 minutes sont mal corrélés à ceux des paliers de 6 minutes (r=0.514) en raison d’une surestimation pouvant atteindre 0.35. Ce décalage entraîne sur les graphes de Bland-Altman une surestimation moyenne de l’oxydation glucidique de 15.8_

mg/min (pouvant atteindre 1200 mg/min) et une sous estimation moyenne de l’oxydation des lipides de 13.9 mg/min (pouvant atteindre 250 mg/min). Les oxydations lipidiques sont médiocrement corrélées (r=0.641). Chez des patients très sédentaires bénéficiant de ces tests pour prescription ciblée d’activité physique les paliers de 3 min semblent trop courts pour réaliser une calorimétrie et le protocole à paliers de 6 minutes semble préférable [JF Brun et al, 2006 ] 5. En pratique… Le ciblage du réentraînement à l’aide de la calorimétrie d’effort permet de mieux comprendre ce qui se passe sur le plan métabolique lors d’un réentraînement, et permettra, pensons nous, d’affiner ce genre de stratégies. On sait déjà que l’entraînement régulier en endurance (notamment lorsqu’il est bien ciblé sur le LIPOXmax) améliore la composition corporelle (baisse de masse grasse et maintien de la masse maigre) et amplifient l’aptitude à oxyder des lipides à l’effort. D’autres stratégies de réentraînement (exercice en résistance, SWEET, etc…) sont probablement intéressantes, mais elles ont des propriétés différentes encore en cours d’étude, et semblent promouvoir plutôt l’oxydation des glucides. Nous pensons qu’il ne faut pas les opposer vraiment à l’entraînement régulier en endurance, et qu’elles présentent un intérêt probablement différent et complémentaire à cette stratégie dont l’intérêt semble désormais bien établi. En pratique une démarche de « remise à l’exercice » ainsi ciblée par un test d’effort ne pourra bien sur pas être mise en place chez tous les adolescents obèses.Il faut donc d’une manière plus générale encourager trèslargement les activités physiques en endurance (marche, course, vélo, natation) mais elles doivent s’inscrire dans le cadre de programmes ludiques afin de faciliter l’adhésion de l’enfant. La place des parents dans cette stratégieest très importante. L’objectif de la démarche, mêmes certains aspects en restent comme nous l’avons vu un peu controversés et imparfaitement codifiés, est en définitive de « transformer un inactif en actif », et cela de façon durable. Or on se heurte dans cette démarche à de nombreuses difficultés : lesobèses ont un faible rapport masse musculaire/poids total, la surcharge pondérale peut être handicapante sur le plan de la mobilité du fait de problèmes articulaires, de dyspnée d’effort, d’inadaptation cardiaque, de barrières psychologiques, qui sont tout autant de facteurs limitants de la « remise à l’exercice » et qu’on ne peut dépasser que très progressivement, dansle cadre d’unedémarchetrèspersonnalisée. Références. Brandou F , Dumortier M, Garandeau P, Mercier J and Brun JF. Effects of a two-months rehabilitation program on substrate utilization during exercise in obese adolescents. Diabetes Metab 2003, 29, 20-7 Brandou F, Savy-Pacaux AM, Marie J, Bauloz M, Maret-Fleuret I, Borrocoso S, Mercier J, Brun JF. Impact of high- and low-intensity targeted exercise training on substrate utilization in obese boys submitted to a hypocaloric diet. Diabetes Metab 2005, 31, 327-335 Brandou F. , A.M. Savy-Pacaux, J. Marie, J.F. Brun, J. Mercier. Comparison of the type of substrate oxidation during exercise between pre and post pubertal markedly obese boys. Int J Sports Med (definitely accepted) Brooks GA : Importance the "crossover" concept in exercise metabolism. Clin Exp Pharmacol Physiol 1997 ; 24 : 889-895

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