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Revue des Maladies Respiratoires
Vol 21, N° 5-c3  - novembre 2004
pp. 813-
Doi : RMR-11-2004-21-5-C3-0761-8425-101019-ART4
Coordonnée par Vincent Ninane

Aspects physiologiques du vieillissement respiratoire
 

H. Guénard [1], S. Rouatbi [2]
[1] Service d’Exploration Fonctionnelle du CHU de Bordeaux et Laboratoire de Physiologie de l’Université Victor Segalen Bordeaux II, Bordeaux.
[2] Laboratoire de physiologie et service d’exploration fonctionnelle respiratoire, Hôpital et faculté de médecine de Sousse (Tunisie).

Tirés à part : H. Guénard [1]

[1] Service d'Exploration Fonctionnelle, CHU Victor Segalen, Bordeaux II, 146, rue Léo Saignat 33076 Bordeaux. herve.guenard@labphysio.u-bordeau2.fr

Résumé

Le vieillissement pulmonaire désigne la diminution de l’ensemble des fonctions respiratoires liées à l’âge. Il porte sur les fonctions proprement respiratoires (mécanique ventilatoire, échanges gazeux) aussi bien que sur les fonctions non respiratoires pulmonaires (immunologique en particulier). Le déclin de la fonction respiratoire avec l’âge n’est pas linéaire ; la PaO2 en particulier ne diminue plus en moyenne après 70 ans ainsi que le rapport VEMS/CVF chez l’homme âgé. L’interprétation de modifications de la mécanique respiratoire, ne serait-ce que la spirométrie, doit être très prudente du fait de la variabilité importante des valeurs de référence chez les sujets âgés.

Abstract
Physiological aspects of the decline of pulmonary function with age

After peaking between the age of 20 and 30 years, pulmonary function declines gradually with age. This decline is related to changes in respiratory dynamics (lung mechanics, gas exchange) and also to non-respiratory factors (e.g. changes in the immune system). This age-related fall in pulmonary function is not linear, for example there is no further decline in mean PaO2 in men and women, nor in the FEV1/FVC ratio in men, after the age of 70 years. Caution is required when interpreting changes in pulmonary mechanics in the elderly due to greater variability of reference values in this age group.


Mots clés : Vieillissement , Poumon , Mécanique ventilatoire , Échanges gazeux

Keywords: Aging , Lung , Pulmonary function , Gas exchange


Introduction

L’homme est le mammifère dont la durée maximale de vie est la plus longue, environ 115 ans, et paraît être l’exception d’une loi biologique qui lie la taille des mammifères à leur durée de vie ; l’éléphant a une durée de vie maximale de 70 ans, le chien de 20 ans, la souris de 3 ans. Parallèlement l’homme est le mammifère qui se reproduit le plus tard. Il existerait des gènes pléiotropes qui lieraient ces deux étapes essentielles de la vie : la reproduction et la mort [1]. Ceci suppose que chacun des organes de l’homme est particulièrement bien adapté contre le vieillissement, que l’on peut définir, sous un angle pratique, comme la diminution des possibilités fonctionnelles liées à l’âge.

Le parenchyme pulmonaire et les bronches, comme la peau, ont la particularité d’être exposés tout au long de la vie à la plus forte pression partielle d’oxygène que l’on puisse trouver dans l’organisme. L’oxygène est un facteur de lésions tissulaires qui demandent des mécanismes de défenses spécifiques. Il n’est d’ailleurs pas du tout évident que l’altitude à laquelle la plupart des hommes vivent, altitude qui conditionne la pression inspirée d’O2, soit idéal pour minimiser ce risque « oxydant ». Des études épidémiologiques suggéreraient que l’homme vieillirait de façon optimale entre 1 500 et 2 000 m d’altitude [2]. Ces observations ont été battues en brèche, du moins dans les Andes, où la tradition fait que l’âge étant une source de respectabilité, certains vieillards aient eu tendance à le majorer [3]. Les muscles respiratoires et la cage thoracique ne sont, par contre, soumis à aucun facteur spécifique de vieillissement et semblent partager le sort, pour les premiers, des muscles squelettiques pour les seconds des os et des articulations.

Deux types d’étude permettent d’aborder le vieillissement de l’homme, des études longitudinales, rarissimes, des études transversales, foisonnantes et souvent contradictoires, ce qui n’est pas surprenant puisque les études transversales font des moyennes d’histoires individuelles qui, chacune, comporte des facteurs de risques pour le vieillissement différents (génétiques, environnementales, culturelles...). Faire des standards (moyennes et écarts types) chez le sujet âgé relève parfois du scientisme, mélanger des populations qui ont vieilli différemment serait sur le plan méthodologique une erreur analogue à celle de faire la moyenne de la couleur des cheveux des européens en mélangeant les blonds d’Europe du Nord et les noirs d’Italie du Sud, pour dire que l’européen moyen a les cheveux châtains.

La figure 1 montre à titre d’illustration spéculative l’effet du vieillissement différent de deux populations sur la PaOmoyenne de l’ensemble de ces deux populations.

Le poumon a deux fonctions principales : une fonction à proprement parlé respiratoire, d’échanges gazeux, dépendante de la mécanique ventilatoire, et des fonctions non respiratoires ; métabolique, immunologique, endocrinienne. Le vieillissement va entraîner une réduction d'efficacité de toutes ces fonctions. Il faut remarquer que le déclin de la fonction respiratoire va de pair avec celui des possibilités d'utilisation de l'oxygène et de production de gaz carbonique. La consommation d'Omaximale qui est de 45 ml/min/kg à 20 ans chez des sujets sédentaires, diminue de 10 % par décade, c'est-à-dire de 60 % à l'âge de 80 ans, soit 18 ml/min/kg. Les quelques études longitudinales sont toutes convergentes sur ce point [4, 5, 6 et 7]. Le rôle favorable de l’activité physique quotidienne sur l'aptitude aérobie au cours du vieillissement est bien connu [8].

Les fonctions non respiratoires du poumon, en particulier immunologique, doivent, faire face aux mêmes sollicitations chez les personnes jeunes et âgées mais l’immuno-dépression du sujet âgé n'est pas sans conséquence sur le vieillissement pulmonaire.

Fonction mécanique pulmonaire et vieillissement
Volumes pulmonaires et débits maximaux

Les volumes pulmonaires mobilisables diminuent avec l'âge alors que la capacité pulmonaire totale reste stable [9 et 10]. Certains auteurs [11, 12 et 13] ont démontré qu’il existe plusieurs facteurs prédictifs du déclin fonctionnel pulmonaire (VEMS et CVF) chez les personnes âgées. En effet, le sexe masculin [14], l’ethnie [15], le tabagisme [14], la pollution interne, les extrêmes de poids (obésité et maigreur), l’HTA et certaines pathologies cardiaques jouent un rôle important dans l’accélération de ce déclin. Enright et coll. [13] précisent que cette chute touche aussi bien le VEMS que la CVF, avec une atteinte plus importante de la CVF. La diminution du VEMS est estimée à en moyenne 30 ml/an à partir de l’âge de 30 ans [9 et 13].

Dans une étude, à la fois transversale et longitudinale, Dockery et coll. [9] montrent que la perte de volume mobilisable par année, est, d'une part, à peu prés identique chez l'homme et la femme et, d'autre part, que cette vitesse s'accentue avec l'âge. La taille est considérée comme le déterminant predictif majeur de la fonction pulmonaire quel que soit l’âge [13 et 16]. Ainsi Ware et coll. [17], ont montré que la baisse du VEMS en rapport avec l’âge pouvait s’expliquer par la perte de taille due au vieillissement. En effet, une personne âgée peut perdre 0,5cm de taille par an. La fonction pulmonaire dépend de la morphologie du corps d’une manière générale (la taille et la longueur du tronc) [15]. Ces deux grandeurs sont variables d’une ethnie à l’autre. Ainsi, les caucasiens ont pour une taille donnée, une longueur du tronc plus grandes que celles des mexicains et afro-américains, ce qui expliquerait le fait qu’ils aient des valeurs de CVF et de VEMS plus importantes que celles d’autres ethnies.

Une variation diurne de la fonction pulmonaire a été notée par Borsboom et coll. [18]. Alors que les valeurs de la CVF, du VEMS et du DEP augmentent de 9 h à 12 h, la CPT reste constante et le volume résiduel diminue. Durant la deuxième moitié de la journée, ces paramètres varient dans le sens inverse. Cette évolution circadienne des volumes et débits pulmonaires est en relation avec la variation du diamètre bronchique au cours de la journée.

Les études statistiques visant à définir des normes posent deux problèmes majeurs : la dispersion des résultats et l'ajustement à travers les données brutes d'équations de régression. La dispersion des résultats pour un auteur donné et entre auteurs peut-être illustrée par le travail de compilation des données européennes de Quanjer [19] ou, pour une tranche d'âge donnée de sujets âgés, celui de Milne et Williamson [20]. La capacité vitale d'un homme de 70 ans de 1,60 m de taille est comprise, selon les auteurs, entre 3,84 et 2,72 litres [20]. Cette dispersion est probablement liée à l'hétérogénéité des populations européennes étudiées. Comme le rappelle Quanjer, il est toujours nécessaire de vérifier sur un échantillon de population normale vivant sur place que les normes que l'on utilise sont effectivement applicables. Enright et coll. [13] ont trouvé nécessaire d’établir des normes propres aux personnes âgées de plus de 60 ans.

La variabilité des résultats trouvés dans les études de l’évolution de la fonction pulmonaire en fonction de l’âge peut être expliquée par le type des études épidémiologiques. En effet, Van Pelt et coll. [21] ainsi que Ware et coll. [17] ont trouvé que le déclin fonctionnel est plus important dans les études longitudinales que transversales. Ceci serait du à l’effet de cohorte (facteurs environnementaux et individuels) et de période (changement de techniques et d’instruments) rencontré dans les études longitudinales et à l’effet de la sélection dans les études transversales. L’effet de cohorte chez les personnes âgées est essentiellement lié à la perte de taille, la fréquence plus élevée de maladies respiratoires, et une plus grande exposition aux facteurs environnementaux [17].

Les sujets très âgés semblent, pour certains auteurs, rompre la monotonie du déclin fonctionnel. Pour Milne et Williamson la variance de l'indice de Tiffeneau et de la CVF n'est pas expliquée par la taille et l'âge chez les hommes de plus de 80 ans, uniquement par l'âge chez les femmes. L'indice de Tiffeneau diminue chez l'homme entre 62 et 79 ans et augmente après cet âge [20], résultat cohérent avec celui de Pfitzenmeyer et coll. [22]. Chez la femme cet indice reste stable, de 62 à 79 ans, puis diminue. La représentation de Knudson de la courbe débit-capacité vitale d'expiration forcée où les débits sont exprimés en les rapportant à la capacité pulmonaire totale et les volumes pulmonaires en % de la capacité vitale, ce qui permet de s’affranchir des différences de taille des individus, est particulièrement intéressante car elle montre que ces débits relatifs changent peu avec l’âge sauf chez l'homme dont les débits relatifs en fin d'expiration forcée apparaissent légèrement diminués [23]. La réduction des débits maximaux paraît donc essentiellement liée à la réduction de la capacité vitale. Les modifications structurales à l'origine de ces modifications seront évoquées un peu plus loin.

La variabilité du débit de pointe pourrait être utilisée chez les personnes âgées comme chez les adultes pour dépister les crises d’asthme, les différences sont toutefois en moyenne ténues (12 % de variabilité chez les asthmatiques, contre 8,9 % chez les non-asthmatiques pour les femmes, 10,2 % contre 8,1 % chez les hommes) [24].

Le vieillissement est le résultat du cumul de phénomènes de vieillissement naturels et d'exposition à des contaminants aériens, en particulier le tabac. Plusieurs auteurs [11, 12, 13 et 25] ont trouvé que le tabagisme est l’un des facteurs les plus important dans la détermination du déclin fonctionnel chez les personnes âgées. L'étude de Milne et Williamson est dans ce domaine particulièrement intéressante car 92 % des hommes inclus dans leur population fumaient ou avaient fumé, 33 % étaient des tousseurs chroniques. Il apparaît évident, dans ce cas, que c'est l'association vieillissement et tabac qui est étudiée. Par contre, dans cette même étude, seul 27 % des femmes fumaient ou avaient fumé et 9 % avaient une toux chronique [20]. Tabac et vieillissement ont des effets cumulatifs sur la fonction pulmonaire. Au plan pratique les résultats de l’étude précédente peuvent constituer une base de référence pour une population âgée. Les coefficients de variations (rapport d’une déviation standard à la moyenne) pour la capacité vitale et le VEMS sont d’environ 30 % ce qu’il faut retenir pour ne pas mal interpréter les résultats d’une spirométrie (tableau I). Villar et coll. [14] ont constaté que les tabagiques sont plus susceptibles de développer une atopie et par conséquent une hyperréactivité bronchique. Le tabagisme augmente la perméabilité de l’épithélium bronchique ce qui semble faciliter l’accès des antigènes au tissus lymphoïde [14]. En outre, il a été aussi démontré que les tabagiques présentent plus fréquemment des tests cutanés positifs et ont des IgE spécifiques à des nouveaux allergènes [14]. Chez les ex-fumeurs et les fumeurs récents, l’atopie et le taux élevé des IgE sont associés à une détérioration plus rapide du VEMS, qui n’est pas expliquée par la présence d’un asthme. Ceci suggère que les indices d’allergie (la réactivité des tests cutanés et le taux élevé des IgE) sont en relation avec le développement d’une obstruction bronchique liée au tabagisme.

La technique de la NEP (Negative Expiratory Pressure) pourrait se révéler intéressante pour dépister de façon simple la limitation des débits expiratoires. En bref, la technique consiste à comparer une courbe débit volume en respiration calme au même type de courbe obtenue lors du cycle suivant alors que la personne est soumise à une pression négative buccale de 5cmH2O. Normalement les débits expiratoires augmentent beaucoup, de 2 voir 3 fois en début de cycle. L'absence d'augmentation (EFL, pour Expiratory Flow Limitation) est interprétée comme un signe de limitation identique à celui que l'on observe chez les malades obstructifs en expiration forcée [26]. La quantification de l'EFL se fait en repérant le pourcentage du volume courant pour lequel la limitation apparaît. La limitation totale s'observe pour 100 % de VT. Chez la personne âgée cet examen simple, demandant peu de coopération, paraît particulièrement bien adapté. Des résultats préliminaires de l'enquête Quid'R [27] portant sur 176 personnes montrent que le taux d'examens réussis avec cette technique est plus élevé qu'avec la spirométrie et encore plus qu'avec la courbe débit -volume. Le taux de limitation chez ces personnes non sélectionnées est de 45 %. La limitation se fait en moyenne en fin de VT (23 %). De façon intéressante la présence d'EFL n'est pas liée nécessairement à la diminution des indices classiques d'obstruction, bien qu'il existe des corrélations très significatives négatives entre VEMS, DEMM25-75, CV d'une part et % EFL d'autre part [27]. L'interprétation de la présence d'EFL doit être prudente puisque celle ci peut être liée aussi bien à une pathologie obstructive, à une diminution de la compliance thoraco-pulmonaire totale quelle que soit l'origine de cette diminution [28] qu’à une collapsus aisé des voies aériennes supérieures. Cette dernière possibilité reste faible à l’état de veille en position assise en utilisant des valeurs de NEP faibles (-5 cmH2O) (Tamisier et coll., travail en cours)

Élasticité thoraco-pulmonaire

Les pertes en volumes et débits du vieillissement sont liées à des modifications d'élasticité des tissus thoraco-pulmonaires. La distensibilité du thorax et des muscles respiratoires diminue avec l’âge, ce qui devrait entraîner, pour une ventilation donnée, une augmentation du travail thoracique respiratoire et une réduction de l'ampliation thoracique respiratoire [29]. Ceci peut-être illustré par le travail de Pfitzenmeyer et coll. [22] qui montre, qu'entre 77 et 87 ans, les expansions thoracique supérieure, inférieure et abdominale (mesurées avec un ruban de couturière) passent respectivement de 4,9 ± 2,5 à 4,4 ± 2,4 de 4,6 ± 3,3 à 2,0 ± 0,9 et de 1,6 ± 1,2 à 0,9 ± 1,1 cm dans une population de 65 personnes ambulatoires.

Alors que la distensibilité thoracique diminue, la distensibilité pulmonaire augmente [23, 30 et 31]. Ce changement des propriétés élastiques du thorax et des poumons a plusieurs conséquences. La première est l'augmentation du volume de relaxation thoraco-pulmonaire, c'est-à-dire de la position pour laquelle les forces élastiques de distension thoracique équilibrent celles de rétraction du poumon. Ce volume de relaxation correspond à la capacité résiduelle fonctionnelle au repos qui est par conséquent augmentée. La seconde est la diminution du calibre des petites bronches qui, étant relativement compliantes, ne sont plus maintenues béantes par les forces élastiques de rétraction du parenchyme pulmonaire. Ceci a comme conséquence l'augmentation, linéaire avec l'âge, de la capacité de fermeture, du volume de fermeture et du volume résiduel [32]. Pour Bode et coll. [33] l'accroissement de la capacité de fermeture avec l'âge est entièrement liée à la perte des forces de rétraction élastique chez l'homme, chez la femme des modifications des propriétés intrinsèques de voies aériennes seraient en cause. Chez la femme la perte d'élasticité du parenchyme avec l'âge est moindre que chez l'homme, mais les forces de rétraction élastique sont plus faibles chez les jeunes femmes que les jeunes hommes. Une étude longitudinale des variations de compliance avec l'âge a été faite par Colebatch et Ng [34], sur une période de 6 ± 1,8 années. L'augmentation du coefficient K, qui caractérise l'incurvation de la courbe pression-volume, c'est-à-dire la compliance pulmonaire, est fonction de la valeur initiale de K, c'est-à-dire de l'âge du sujet. Autrement dit, plus un sujet est âgé, plus la valeur de K augmente. Pour ces auteurs, la valeur de K est étroitement liée à la valeur de Lm (mean linear intercept) qui donne une estimation de la dimension des sacs alvéolaires. Contrairement à Bode et coll. [33], Colebatch et coll. [34] ainsi que Noseda et coll. [35], ne trouvent pas de différence entre les courbes pression/volume des femmes et des hommes à âge et volume pulmonaire identiques.

Muscles respiratoires [36]

La diminution de la force des muscles respiratoires, en rapport avec les modifications de structure des muscles squelettiques, font que les pressions inspiratoire et expiratoire maximales diminuent à partir de 50 ans pour Mahler et coll. [37]. La dispersion de ces pressions, pour un âge donné, est importante. En moyenne, la pression transdiaphragmatique pendant le test de reniflement passe de 136 à 119 cm H2O entre 29 et 73 ans [38]. Il est possible que cette discrète diminution soit liée à l’augmentation de la capacité résiduelle fonctionnelle avec l’âge comme le suggère le travail de Similowski et coll. [39] qui ont établi une relation négative très nette entre la réponse diaphragmatique à la stimulation bilatérale du phrénique et le volume pulmonaire. Le fait que les pressions développées par le diaphragme change peu avec l’âge est à mettre en relation avec le fait que ce muscle est, avec le cœur, le seul à avoir une activité continue pendant la vie. L’entraînement ou un simple regain d'activité physique, peut augmenter ces valeurs de pression. La pression expiratoire maximale peut être mesurée très simplement pendant l'expiration forcée en faisant la différence entre les débits maximaux périthoraciques mesurés par pléthysmographie et à la bouche [40].

Modifications de structure du poumon vieillissant et propriétés mécaniques in vitro

Les études de Verbeken et coll. [41 et 42], faites sur des poumons isolés, paraissent particulièrement importantes car elles font clairement la distinction entre poumon sénile et emphysème. Les poumons séniles ont une résistance bronchique centrale normale, comme cela est constaté in vivo, la résistance du parenchyme est légèrement augmentée, ce qui évoque un changement de structure. L'indice de Tiffeneau est corrélé négativement aux résistances périphériques et positivement à la pression de rétraction élastique, ces deux paramètres étant probablement dépendants. Les résistances périphériques sont liées au diamètre des bronches périphériques, dont le diamètre est inférieur à 2 mm, et à la densité des bronchioles dans le parenchyme. Dans l'emphysème, l'accroissement des résistances est aussi bien tissulaire, périphérique que centrale. Le travail de Wilson et coll. [43] met en évidence les faibles pressions nécessaires pour distendre aussi bien les petites voies aériennes que les sacs alvéolaires des poumons séniles ou emphysémateux. La différence essentielle entre un poumon emphysémateux et un poumon sénile apparaît être la présence d'un hystérésis considérable chez l'emphysémateux : le poumon et les bronches distendus par l'inflation ne reviennent pas rapidement à leurs positions initiales.

Ces modifications mécaniques in vitro sont très cohérentes avec les données in vivo (augmentation de la compliance pulmonaire, du volume de fermeture, du volume résiduel) et incluent la notion de variabilité importante rencontrée dans les résultats in vivo [44].

La masse pulmonaire ne semble pas varier avec l'âge [45 et 46]. Le nombre de sac alvéolaires diminuant avec l’âge, ainsi que la densité capillaire, ce maintien de la masse pulmonaire ne peut-être attribué qu’à un épaississement du parenchyme ou plus probablement des parois bronchiques.

Échanges gazeux et vieillissement
Gaz du sang

PaCO2 et pH ne se modifient pas avec l'âge, ce qui met en évidence la remarquable régulation de ces deux grandeurs. La ventilation alvéolaire est donc très bien adaptée à la production de CO2, c'est-à-dire au métabolisme.

Les variations de PaO2, avec l'âge, sont, par contre, très diversement appréciées. Il est généralement admis [47 et 48] que la PaO2 baisse avec l'âge et que la pente de la relation PaO2-âge est d'autant plus importante que l'âge est élevé. L'étude de Sorbini et coll. [47] donne une PaO2 moyenne de 94,2 ± 3,3 mmHg (12,6 ± 0,4 kPa) dans un groupe de 38 sujets de 30 à 60 ans et de 74,3 ± 4,5 mmHg (9,9 ± 0,6 kPa) dans un groupe de 24 sujets de 60 à 84 ans, dont 10 de plus de 70 ans. Dans une étude portant sur 74 sujets âgés de plus de 68 ans (69 à 104) la PaO2 moyenne trouvée par Guénard et Marthan [49] est de 84 ± 7,5 mmHg (11,2 ± 1,0 kPa). Ces valeurs relativement élevées de PaO2 sont en accord avec celles données par Conway et coll. [50]. et Mellemgaard [51]. Par contre, les données de Sorbini et coll. se rapprochent de celles de Knudson [48] et Redhammer et coll. [52]. Ces discordances sont probablement liées, d'une part à des problèmes techniques, d'autre part, à la modification de ventilation induite, dans un sens ou dans l'autre, par la ponction artérielle [53]. Si l'on tient compte de ce dernier facteur, en faisant l'hypothèse que l'hétérogénéité de la distribution des rapports est modérée, la PaO2 moyenne normale du sujet de plus de 68 ans serait de 77 ± 7,5 mmHg (10,3 ±± 1 kPa) pour une PaCO2 de 41 mmHg (5,5 kPa), et de 84 ± 7,5 mmHg (11,2 ± 1 kPa) pour une PaCO2 de 34,5 mmHg (4,6 kPa). Ces valeurs de PaO2 sont concordantes avec celles rapportées par Delclaux et coll. [54], comprises entre 79,5 mmHg (10,6 kPa) et 85 mmHg (11,3 kPa). Il semble par conséquent que la PaO2 diminue en moyenne jusqu’à environ 70 ans et devienne ensuite indépendante de l’âge (fig. 1).

Hétérogénéité de la ventilation et de la perfusion

L'hétérogénéité de la distribution des rapports a été mesurée par Wagner et coll. [55] chez quelques sujets de 20 à 60 ans. Cette étude met en évidence une augmentation de l'hétérogénéité avec l'âge, avec une grande dispersion des résultats. Plus récemment Cardus et coll. [56] ont quantifié les hétérogénéités, de la ventilation et de la perfusion chez 64 sujets de 18 à 71 ans et montré que les deux augmentaient discrètement avec l’âge ainsi que celle des rapports . L'hétérogénéité explique effectivement l'hypoxémie constatée au cours du vieillissement, chez certains sujets, dans la mesure où le vieillissement s'accompagne de l'apparition de zones pulmonaires perfusées avec des bas rapports, néanmoins, comme cela vient d’être vu, l’hypoxémie relative n’est pas une constante chez le sujet très âgé. Cette augmentation d'hétérogénéité, lorsqu'elle existe, va de pair avec une augmentation de la différence alvéolo-artérielle en O2 avec l'âge.

Guénard et Marthan [49] n’ont pas mis en évidence, chez le sujet âgé de plus de 68 ans, de corrélation entre la différence artério-alvéolaire des pressions de CO2 (DaACO2) et l'âge, par contre, 20 sujets sur 74 ont une DaACO2 supérieure à 7,5 mmHg (1 kPa) ce qui suggère une augmentation de la ventilation dans des zones à haut rapport (> 5), ventilées peu perfusées. Cette différence est peu affectée par la présence de zones à bas rapports [57].

Capacité de transfert du CO

La capacité de transfert du CO (TLCO), comme la PaO2, a fait l'objet de travaux contradictoires. Le poumon des personnes âgées serait caractérisé par un élargissement des espaces aériens périphériques (alvéoles et bronchioles terminales) [58]. Il en résulterait une diminution de la surface d’échange alvéolaire et du tissu de soutien, surtout élastique, au niveau des voies aériennes périphériques donnant ce qui est décrit sous le nom de poumon sénile [59]. Ainsi, Viegi et coll. [60] ont mis en évidence un déclin de la TLCO chez les personnes âgées, accéléré en fonction de l’âge indépendamment du sexe, du tabagisme et de la valeur initiale du VEMS. Toutefois, Sherill et coll. [59] ont eux montré que les hommes et les non fumeurs ont des valeurs de TLCO plus élevées que les femmes et les fumeurs. Pour eux la vitesse du déclin de la TLCO, accélérée à l’âge avancé, est en rapport avec la chute du VEMS. Pour Hamer [61] la diminution de la capacité de transfert avec l'âge, qui fait l'accord de tous les travaux récents, n'est pas liée à la réduction du volume sanguin capillaire pulmonaire (Vc) alors que pour Georges et coll. [62] c'est un facteur essentiel. II est à noter de plus, dans ce dernier travail, que la réduction de Vc devient très nette à partir de 60 ans et que des valeurs de Vc entre 15-20 ml peuvent être prédites à 80-85 ans contre des valeurs de 60 à 100 ml chez l’adulte jeune. Les mesures précédentes ont été faites en apnée. Les mesures de Marthan et Guénard. [49] faites en état stable, donnent des valeurs de TLCO plus basses qu'en apnée. La diminution de TLCO avec l’âge apparaît très nettement, les valeurs les plus basses sont à 3,5 ml/min/mmHg. Les valeurs très basses de Vc et de TLCO citées ci-dessus soulèvent la question du rôle du poumon comme déterminant de la durée de la vie. Chez les sujets âgés à cœur sain, le débit cardiaque ne se modifie pas [63], la réduction de Vc de 4-5 fois par rapport à l'adulte jeune devrait porter le temps de transit du sang pulmonaire de 800 ms, chez le sujet jeune, à 150-200 ms au repos, chez le sujet âgé. Dans ces conditions les possibilités d'adaptation à l'exercice, même minime, sont très faibles. De plus tout facteur de perturbation, pulmonaire (infection) ou métabolique (fièvre), pourrait avoir un rôle très péjoratif sur les échanges gazeux. Butler et Kleinerman [64] ont effectivement constaté par examen histologique une réduction de 15 % de la densité des capillaires pulmonaires entre 20 et 57 ans. Toutefois, aucune donnée ne semble disponible pour des personnes plus âgées. La diminution importante de Vc après 60 ans, trouvée par Georges et coll. [62], devrait changer la résistance à l'écoulement dans la circulation pulmonaire. Effectivement, pendant l'exercice musculaire, la pression artérielle pulmonaire moyenne augmente plus chez des sujets de 60-69 ans (de 14 au repos à 30 mmHg) que chez des jeunes (de 12 au repos à 19 mmHg), la pression capillaire bloquée passe de 8 au repos à 16 mmHg au lieu de 7 au repos à 8,5 mmHg chez le sujet jeune [65].

Adaptations respiratoires et vieillissement
Réponse à l'hypoxie et l'hypercapnie

Les réponses ventilatoires à l'hypercapnie et à l'hypoxie diminuent chez le sujet âgé du fait de la moindre efficacité de la réponse neuromusculaire respiratoire du sujet âgé [66]. Cette diminution est en effet en relation avec la baisse du VEMS [67]. La réponse ventilatoire au COse fait plus par accroissement de la fréquence que du volume courant contrairement à ce qui est observé chez l'adulte jeune [68]. La réponse à l’hypercapnie en condition d’hypoxie est nettement diminuée [69].

Sommeil

Le sommeil n’entraîne pas d'hypoventilation permanente mais la fréquence de la respiration périodique ou des apnées augmente avec l’âge [70 et 71]. Berry et Phillips [72] trouvent 30 % de sujets âgés considérés comme sain avec un index d’apnée - hypopnée supérieur à 5 par heure. Le retentissement physiologique de ces perturbations du sommeil n’est pas évident [73] ni même le seuil de 5 comme index [74]. Les personnes âgées ayant un syndrome d’apnée du sommeil obstructif ont en moyenne une détérioration plus importante du sommeil comparé à des adultes plus jeunes alors que la désaturation et l’effort respiratoire pendant les apnées sont moins importants [75]. Les personnes âgées faisant des apnées en stade 1 ou 2 de sommeil ont une ventilation à l’état de veille plus périodique que celles qui ne font pas d’apnée [76].

Activité physique

Comme cela a été vu, la consommation maximale d'O2 diminue avec l’âge, un peu moins vite chez la femme que chez l’homme entre 55 et 85 ans dans l’étude de Cunningham et coll. [77]. Cette diminution est habituellement attribuée au cœur dont la fréquence maximale et le volume d’éjection diminuent avec l’âge. L’entraînement peut la faire augmenter [78]. Par contre, le seuil ventilatoire, puissance d'exercice pour laquelle la ventilation augmente plus rapidement au cours d'un exercice à puissance croissante, diminue peu avec l'âge [8]. L’entraînement en endurance améliore, comme chez le jeune, la fonction ventilatoire.

Réactivite bronchique

La réactivité bronchique non spécifique semble globalement diminuer entre l’enfance et l’âge adulte [79, 80 et 81], se stabiliser à l'âge adulte [82] pour peut être ré-augmenter chez certaines personnes âgées, présentant des symptômes respiratoires chroniques. En effet, Villar et coll. [14] ont trouvé que l’atopie et l’hyperréactivité bronchique sont des facteurs de risque du déclin fonctionnel rapide chez les personnes âgées. Une concentration élevée des IgE (supérieure à 80 UI/ml) est significativement corrélée avec une chute plus rapide du VEMS chez les sujets âgés. Toutefois, l'augmentation de la réactivité non spécifique avec l'âge serait mieux corrélée à la numération en éosinophiles dans le sang, et non à la concentration en IgE [83], à la fonction et aux tests cutanés d'allergie [84]. Par contre chez l'asthmatique la réactivité bronchique aurait tendance à diminuer avec l'âge alors que le nombre de lymphocytes dans le lavage tendrait à augmenter [85]. La réduction du calibre des bronches avec l’âge tend à augmenter les indices de réactivité, car le moindre stimulus augmente dans ces conditions fortement les résistances à l’écoulement. Par ailleurs, les forces de rétraction élastique diminuant avec l’âge, les bronches sont moins distendues par le parenchyme et s’opposent plus faiblement à la contraction bronchique, l'affinité des récepteurs bêta2 adrénergiques diminue ainsi que l'activité de l'adénylyl cyclase [86]. D’autres facteurs devraient réduire cette réactivité ; diminution de la masse des muscles lisses bronchiques [87], réduction des réponses immunes, modification du type de récepteur muscarinique [88]. Les données épidémiologiques confirment la moindre importance des phénomènes allergiques chez le sujet âgé [89], la réduction de la prévalence s’accompagne néanmoins d’une surmortalité dans l’asthme.

La fonction ciliaire bronchique semble se dégrader avec l’âge, par ailleurs, la réaction irritative ou tussive à l'inhalation de poussières ou de substances irritantes est diminuée [90].

Détection des charges, dyspnée

La détection des charges ventilatoires, ainsi que la perception du volume pulmonaire, se font qualitativement aussi bien chez le sujet jeune que le sujet âgé, mais il semble que les sujets âgés perçoivent les changements de volumes plus à partir des forces développées par les muscles respiratoires, qu’à partir des nombreux récepteurs pulmonaires ou musculaires sensibles à la distension. Ceci pourrait expliquer la diminution quantitative de la perception du changement de volume ou de la pression intra-thoracique chez le sujet âgé. Par ailleurs, la discrimination entre deux sensations voisines se fait moins bien [91 et 92].

Cette mauvaise perception est peut-être responsable de la plus grande variabilité des manœuvres d’expiration forcée chez la personne âgée. Le travail de Sherman et coll. portant sur 65 personnes de 75 ± 6 ans montre que 8 (12 %) sont incapables de réaliser 3 manœuvres d’expiration forcée. Sur les résultats des 57 restants, 32 % n’arrivent pas à répondre aux critères de reproductibilité du VEMS et de la CVF de l’ATS [93]. Ces performances, bonnes ou mauvaises, n’étaient pas liées à l’état cognitif des sujets [94].

La dyspnée, quelle qu’en soit la cause, résulte d’un conflit entre la demande ventilatoire qui est trop forte comparée aux possibilités mécaniques de l’ensemble thorax-poumon (compliances et résistances thoracique et pulmonaire, muscles respiratoires etc.). Il semble exister une relation entre la mortalité et la présence d’une dyspnée chez le sujet âgé, cette dernière étant reliée à l’activité professionnelle antérieure des individus [95 et 96].

Hormones

Chez la femme à la ménopause, la perte des effets stimulants de la progestérone entraîne une réduction de la ventilation et une élévation discrète de la PaCO2 [97]. L'index d’apnées nocturnes est nettement plus élevé chez les femmes après la ménopause qu'avant [98] mais reste inférieur a celui des hommes [99] soulignant le rôle de facteurs génétiques non hormonaux liés au sexe [100]. Le vieillissement entraîne de fréquentes modifications des fonctions endocriniennes [101] notamment surrénalienne et thyroïdiennes qui peuvent modifier la fonction respiratoire. L’augmentation de la sécrétion du cortisol chez la personne âgée serait un déterminant de la « vitesse » de vieillissement [102].

Fonctions non respiratoires
Structure biochimique

La matrice intercellulaire pulmonaire est composée de quatre familles de macromolécules : collagène, élastine, protéoglycannes, glycoprotéines de structure [103]. Les modifications mécaniques du poumon résultent plus de la réorganisation du collagène et de l’élastine que d'un changement quantitatif de ces composés [104]. Les glycoprotéines de structure assurent en effet l'ancrage et le positionnement des cellules par rapport au stroma de fibres de collagène et d’élastine, alors que le renouvellement de la structure est assuré par les protéoglycannes. Le vieillissement pulmonaire est caractérisé par une réduction des sécrétions de ces macromolécules alors que l'emphysème réduit de façon considérable la sécrétion d'une seule de ces macromolécules (acide hyaluronique) [105].

Immunologie

Sur le plan immunologique la réduction de la réponse immune pulmonaire à une agression localisée est un fait bien connu [106]. Celle-ci expose l'homme âgé à des infections pulmonaires dont la gravité est, pour un même agent pathogène, plus marquée [107]. L'involution thymique, quasi totale vers 50 ans, est probablement le point de départ de l'immunodéficience du sujet âgé. Bien que la numération des lymphocytes B et T puisse être normale, les capacités fonctionnelles des cellules T sont nettement diminuées. L'accord est toutefois loin d’être fait en ce qui concerne le mécanisme et même l'importance de cette réduction fonctionnelle [107 et 108]. L’infection pulmonaire est néanmoins une cause essentielle de mortalité du sujet âgé. La réduction du nombre de lymphocytes en réponse à une infection bactérienne paraît être un facteur pronostic défavorable [107].

Conclusion

Le vieillissement pulmonaire se manifeste par une dégradation globale des fonctions respiratoires et non respiratoires du poumon, très variable selon la fonction et l'individu, ce qui doit rendre très prudent dans l’utilisation des normes chez le sujet âgé. Cette dégradation n'est pas inéluctable dans tous ses aspects. L’entraînement physique prudent, adapté à l'âge, permet d’améliorer les performances respiratoires. Le tableau II résume les différentes modifications de la fonction pulmonaire du sujet âgé. Le vieillissement simultané des autres organes peut retentir aussi sur la fonction pulmonaire.

La fonction pulmonaire de l’homme âgé n’est pas seulement liée au vieillissement mais aussi, comme pour d'autres fonctions, à l’existence d’autres facteurs de risque dont les effets se sont accumulées au cours des années.

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Le texte de cet article est en grande partie inspiré du chapitre « vieillissement pulmonaire » du livre « Pneumologie » édité par M. Aubier, R. Pariente et A. Fournier et publié par Flammarion.
Les auteurs remercient les éditeurs et les publications Flammarion de leurs autorisations pour la reproduction partielle de ce texte.





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