revues des maladies respiratoires - Organe officiel de la Société de Pneumologie de Langue Française (SPLF)

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Revue des Maladies Respiratoires
Vol 22, N° 5-C3  - novembre 2005
pp. 739-
Doi : RMR-11-2005-22-5-C3-0761-8425-101019-200509042
Argumentaires

Question 3-3. Évaluation de l’aptitude physique aérobie
 

N. Gosselin [1], T. Troosters [1, 2 et 3]
[1] Respiratory Muscle Research Unit, Laboratory of Pneumology and Respiratory Division, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium.
[2] Respiratory Rehabilitation and Respiratory Division, Leuven, Belgium.
[3] Department of Rehabilitation Sciences, Faculty of Physical Education and Physiotherapy, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium.

Tirés à part : T. Troosters

[4] , Respiratory Division and Respiratory Rehabilitation, Respiratory Muscle Research Unit, Katholieke Universiteit Leuven, Herestraat 49, B3000 Leuven, Belgium. thierry.troosters@med.kuleuven.ac.be

Introduction

L’épreuve d’exercice maximale, plus connue sous le nom d’épreuve d’effort cardio-respiratoire, a plusieurs objectifs. Ce test permet une interprétation globale des réponses à l’effort des systèmes pulmonaire, cardio-vasculaire, hématopoïétique, neurophysiologique et musculaire. Ainsi, il fournit des informations qui ne peuvent être obtenues lors de l’évaluation individuelle des différents systèmes organiques. C’est un outil destiné à évaluer la tolérance à l’effort des patients, à déceler l’origine de la limitation à l’exercice, à mettre en évidence de potentiels risques cardio-vasculaires et à déterminer à quelle intensité doit être réalisée le réentraînement à l’effort [1]. Il est ainsi préférable de planifier une épreuve d’effort au minimum avant un programme de réentraînement à l’effort. Dans le cas où une dyspnée est objectivée, elle permet souvent la mise en évidence du ou des mécanismes physiopathologiques sous-jacents. Enfin, l’épreuve d’effort est le seul test qui permet de tester la capacité maximale d’exercice, car ni les tests de la fonction respiratoire ni ceux de la fonction musculaire ne la prédisent. Il en est de même pour le test de marche de 6 minutes qui reste un test rectangulaire (la consommation en oxygène ou figure 1 présente un plateau après la troisième minute d’effort) certes de haute intensité, mais sous-maximal et ne fournissant pas d’informations spécifiques sur la fonction de chacun des différents organes et systèmes impliqués au cours de l’effort [2].

Protocole

La méthodologie des épreuves d’effort doit être rigoureuse. Il convient de bien expliquer au patient le déroulement de l’épreuve et d’évaluer ses possibilités à partir de l’examen clinique et des tests fonctionnels de repos.

L’épreuve d’effort cardio-respiratoire est classiquement réalisée dans un laboratoire ayant un fond sonore standard (silence ou musique) [3] et à température ambiante stable [4], [5]. Le test est réalisé sur ergocycle, plus rarement sur tapis roulant en Europe. L’épreuve sur tapis roulant entraîne une consommation maximale en oxygène, appelée consommation en oxygène pic chez les patients ( figure 1 pic), supérieure de 5 à 10 % à celle réalisée sur bicyclette [6] [7] [8], alors que la ventilation ( figure 2) et la fatigue perçue sont identiques dans les deux cas [9]. Toutefois, la marche sur tapis roulant peut s’avérer difficile pour certains patients. Lorsque l’épreuve est réalisée sur ergocycle, la position assise facilite les différentes mesures effectuées pendant l’effort (le corps du patient étant relativement statique) et garantit une plus grande sécurité en cas de malaise. Le réglage de la hauteur de la selle, ainsi que celui de la position du guidon doivent être très rigoureux pour garantir un maximum de confort et de rendement [10]. Enfin, les encouragements verbaux sont très importants tout au long du test, permettant au patient d’être rassuré quant à ses possibilités physiques de poursuivre plus loin l’effort.

Différents protocoles peuvent être envisagés. Le choix du protocole est important, Debigare et coll. [11] ayant mis en évidence que les réponses physiologiques sont altérées lorsque la charge d’incrémentation est modifiée. Ainsi, la puissance maximale atteinte est significativement modifiée selon le protocole envisagé. Ceci doit être pris en considération au moment de la prescription de l’exercice lorsque la charge de réentraînement est basée sur un pourcentage de la puissance maximale atteinte au cours de l’épreuve d’effort. De ce fait, il semble plus judicieux d’utiliser comme critère d’évaluation de la tolérance à l’effort d’autres paramètres tels que la figure 1 pic, puisque cela permet de comparer les résultats de tests réalisés dans des laboratoires différents. Pour des raisons de confort du patient, le protocole à charge croissante individualisée décrit par Wasserman et Whipp [12] nous paraît le plus pertinent, car adapté aux possibilités de chacun. L’objectif premier est d’avoir une phase incrémentale comprise entre 8 et 12 minutes. Après la mesure des paramètres de repos pendant 3 minutes, un échauffement de 3 minutes peut démarrer. Il est préférable que son intensité soit la plus faible possible afin de permettre un démarrage progressif de l’exercice (de 0 à 20 watts selon les ergomètres) [1]. Cette phase d’échauffement est suivie par une incrémentation progressive et régulière de la charge (par exemple toutes les minutes) jusqu’à épuisement du sujet. L’exercice se termine lorsque le patient ne peut plus maintenir le rythme de pédalage, en dépit des encouragements qui lui sont adressés ou lorsque la poursuite de l’exercice pourrait s’avérer dangereuse pour le patient (tableau I) [13]. Toutefois, l’atteinte de la fréquence cardiaque (FC) ou de la ventilation maximale théorique n’est pas considérée comme un critère d’arrêt de l’effort. Enfin, il est important d’intégrer une phase de récupération active (3 minutes de pédalage à une charge réduite, généralement identique à celle utilisée pendant l’échauffement) afin de contrôler la récupération de l’effort. La vitesse de pédalage demandée est classiquement située entre 50 et 70 tours.min–1, les ergomètres électromagnétiques permettant le développement d’une même puissance de pédalage quelle que soit la vélocité choisie.

Contre-indications

Il existe des contre-indications à la réalisation d’une épreuve d’effort (tableau I) [14]. Bien que les contre-indications absolues soient incontournables, dans le cas de certaines contre-indications relatives [1], même un test sous-maximal peut fournir des informations utiles : les contre-indications relatives peuvent être supplantées si les bénéfices apportés par la réalisation de l’épreuve d’effort dépassent les risques potentiels. Ainsi, il est impératif de procéder à une évaluation clinique approfondie avant la réalisation de l’épreuve d’effort, pour déceler d’éventuelles contre-indications.

Paramètres mesurés

Avant l’épreuve d’effort, différents examens doivent être réalisés dont un examen de la fonction respiratoire (au minimum une spirométrie), de la fonction cardiaque (électrocardiogramme de repos 12 pistes) et une mesure de la pression artérielle de repos. La ventilation maximale volontaire peut également être évaluée. Enfin, le patient doit s’abstenir de fumer au minimum 8 heures avant le test, et sa médication doit être optimisée par rapport à l’effort à venir.

L’exercice est une situation complexe permettant de mettre en jeu simultanément les adaptations respiratoires, cardio-circulatoires et métaboliques. De ce fait, l’analyse finale des résultats ne peut être qu’intégrée. L’appareillage actuel permet le recueil précis et en temps réel de différents paramètres, à condition qu’il soit effectué d’une manière correcte, standardisée et reproductible. De nombreux paramètres peuvent être mesurés, certains d’entre eux étant indispensables pour garantir la sécurité du patient et l’interprétation de l’épreuve d’effort (tableau II).

Au-delà de ces paramètres primaires, d’autres peuvent être calculés et utilisés pour l’interprétation de l’épreuve d’effort (par exemple le quotient respiratoire [ figure 3/ figure 1], le pouls d’oxygène ( figure 1/FC), l’équivalent ventilatoire en oxygène ( figure 2/ figure 1) et en dioxyde de carbone ( figure 2/ figure 3), l’efficience mécanique (Δ figure 1/ΔPuissance).

Échanges gazeux

Ils sont généralement évalués en continu à l’aide d’un système de mesure des volumes et débits ventilatoires ainsi que d’un analyseur de gaz via un capillaire d’aspiration. Un calibrage minutieux de l’appareillage est indispensable avant chaque test. Le sujet respire soit dans un embout (associé à un pince nez), soit dans un masque. Toutefois, l’utilisation du masque semble favoriser les fuites d’air. Même si un embout peut favoriser un « piégeage aérien », il apparaît comme le moyen le plus fiable pour recueillir les échanges gazeux à la bouche. La figure 2, la figure 1 et la production de gaz carbonique sont ainsi mesurées.

L’aptitude physique aérobie est déterminée par la figure 1 pic et par le seuil ventilatoire. La figure 1est le plus souvent mesurée en l.min–1, mais elle est souvent rapportée au poids du corps, soit en ml.min–1.kg–1. Le seuil ventilatoire correspond à l’intensité pour laquelle apparaît une élévation non linéaire de la ventilation [14] ainsi qu’une augmentation de la lactatémie au cours d’un exercice. Il est un indicateur des capacités d’endurance aérobie. Chez un sportif endurant, le seuil ventilatoire est supérieur à 55 % de la figure 1 pic. Il peut être déterminé par différentes méthodes, classiquement selon les recommandations de Beaver et coll. [15] – dans ce cas, il est défini comme le niveau d’effort où l’augmentation de figure 3progresse plus rapidement que celle de figure 1 – ou de Wasserman et coll. [14] – le seuil ventilatoire est alors déterminé en se basant sur l’augmentation de l’équivalent respiratoire en oxygène ( figure 2/ figure 1) sans augmentation concomitante de l’équivalent respiratoire en dioxyde de carbone ( figure 2/ figure 3). Le seuil ventilatoire peut être utilisé chez les patients qui veulent démarrer un programme de réentraînement à l’effort, puisqu’il représente dans certains cas l’intensité à respecter lors de l’exercice. En effet, le travail individualisé au niveau du seuil ventilatoire garantit une amélioration des capacités d’endurance [16]. Toutefois, ce paramètre peut s’avérer très difficile, voire impossible à déterminer chez les patients bronchopneumopathes chroniques obstructifs. Une alternative possible est alors la mesure de la lactatémie et l’étude de son évolution au cours de l’effort (cf. paragraphe sur les analyses sanguines), même s’il faut noter que chez certains patients la lactatémie n’augmente que très faiblement au cours de l’effort [17], [18].

L’augmentation de la ventilation au cours de l’exercice permet la régulation des gaz du sang et du statut acido-basique, alors que la demande métabolique musculaire est accrue. Les indices les plus courants utilisés au cours de l’effort sont la ventilation minute, le volume courant, la fréquence respiratoire et les réserves ventilatoires ([ figure 2 pic/ventilation maximale volontaire] x 100). Ces dernières reflètent la relation entre la demande et les capacités ventilatoires, et indiquent si la limitation ventilatoire contribue à l’arrêt de l’effort. Chez le sujet sain, la ventilation maximale à l’exercice approche 70 % de la ventilation maximale volontaire, les réserves ventilatoires étant alors de 30 %. Les patients BPCO se caractérisant par des capacités ventilatoires abaissées, mais une demande ventilatoire augmentée, ont fréquemment des réserves ventilatoires effondrées.

La ventilation prenant en compte l’équilibre entre l’optimisation de la mécanique respiratoire et le maintien des échanges gazeux, des indices ventilatoires combinent ces éléments pour rendre compte de l’efficience ventilatoire ( figure 2 versus figure 1 ou figure 3). La relation figure 2 vs figure 1 au cours de l’épreuve d’effort renseigne sur la pertinence de la réponse ventilatoire par rapport aux demandes métaboliques. D’un point de vue physiologique, cette relation devrait être la plus pertinente pour analyser l’évolution de la réponse ventilatoire en fonction de la demande métabolique, car la variation de figure 1 est quasiment indépendante de celle de la figure 2.

L’évolution technologique a rendu possible la mesure du débit expiratoire et de la capacité inspiratoire au cours de l’exercice. Lorsque la ventilation doit être augmentée, alors que le débit expiratoire est limité, apparaît la distension dynamique (qui est évaluée par la capacité inspiratoire). La mesure de la capacité inspiratoire (CI) au cours de l’exercice chez le patient BPCO a été utilisée pour évaluer le volume pulmonaire de fin d’expiration (VPFE), lui-même étant un indicateur de la distension dynamique. Cette approche se base sur le fait que la capacité pulmonaire totale (CPT) ne change pas significativement au cours de l’effort [19]. La réduction de la CI dynamique doit, par voie de conséquence, refléter l’augmentation du VPFE ou de la distension dynamique [20]. La manœuvre a déjà été décrite dans la littérature [19], [21] et consiste en une inspiration maximale réalisée à la suite d’une expiration normale. La réduction de la CI au fur et à mesure de la progression de l’effort chez le BPCO n’est pas liée à une incapacité à générer un effort inspiratoire maximal à cause de la dyspnée ou de la faiblesse des muscles respiratoires, mais reflète les modifications du VPFE. En effet, les patients BPCO, même à la fin d’un effort maximal, sont capables de produire des inspirations maximales [20].

Le débit expiratoire peut être évalué grâce aux courbes débit-volumes réalisées pendant la respiration courante au repos et à l’exercice. L’absence de variation de débit pendant l’expiration quand une pression négative est appliquée à la bouche [22], ou quand une compression est appliquée sur l’abdomen [23], indique une limitation du débit. Une réduction de la capacité inspiratoire pendant l’exercice peut être également utilisée comme un indicateur de cette limitation [24]. La sensation de dyspnée étant liée aux modifications de la capacité inspiratoire pendant l’exercice [25], ces mesures, aujourd’hui disponibles sur la plupart des équipements utilisés lors des épreuves d’effort, pourraient devenir de plus en plus importantes dans le futur.

Électrocardiogramme

La fréquence cardiaque et l’électrocardiogramme (12 pistes) doivent être enregistrés en continu pendant l’exercice et la récupération. Ils permettent d’évaluer la fonction cardiaque et de révéler, le cas échéant, des contre-indications au réentraînement à l’effort (modifications aiguës de l’électrocardiogramme suggérant, entre autres, une ischémie myocardique ou d’importantes anomalies du rythme cardiaque) [13].

Tension artérielle

La tension artérielle est prise régulièrement au cours de l’effort, l’hypertension (pression systolique > 250 mmHg, pression diastolique > 120 mmHg) étant une contre-indication à la poursuite de l’épreuve d’effort [1]. Certaines chaînes d’effort permettent une mesure automatisée de la tension artérielle.

Analyses sanguines

La gazométrie artérielle permet d’évaluer l’impact de l’insuffisance ventilatoire et/ou des échanges gazeux au cours de l’effort par la mesure de la pression artérielle en O2 et en CO2, de la saturation artérielle de l’hémoglobine en O2, du pH et par le calcul de la concentration en bicarbonate. Différentes techniques sont disponibles. La plus précise consiste en la pose d’un cathéter au niveau de l’artère radiale ou éventuellement brachiale. Toutefois, il est également possible d’obtenir un échantillon de sang veineux artérialisé à partir d’une veine de la main qui est chauffée [26], [27]. Enfin, les gaz du sang peuvent être mesurés sur sang capillaire au lobe de l’oreille [28], [29]. Dans ce cas, et afin de limiter les différences de valeur entre prélèvement artériel et capillaire, la circulation sanguine doit être activée avant la ponction par l’application d’une pommade vasodilatatrice au lobe de l’oreille. Le sang prélevé est alors considéré comme étant du sang artérialisé. Des valeurs de référence sont actuellement disponibles [30]. Cependant, si ces deux dernières méthodes sont utilisées en pratique clinique, leur pertinence reste toujours débattue [31] [32] [33].

Lorsque l’analyse des gaz du sang est réalisée, les prélèvements sanguins doivent être opérés au minimum au repos et au maximum de l’effort (maximum 30 secondes après l’arrêt de l’effort) pour mettre en évidence une éventuelle désaturation [34]. Cependant, dans la plupart des cas, la saturation en oxygène est mesurée de façon non invasive transcutanée par un oxymètre placé au lobe de l’oreille. Chez les patients BPCO, le suivi en continu de la saturation en oxygène est très fortement recommandé.

Il est possible de faire des mesures de lactatémie à l’aide d’un cathéter artériel ou veineux. La lactatémie est un indicateur du travail réalisé par le muscle et permet de déterminer le seuil lactique lorsque le seuil ventilatoire n’est pas détectable. Toutefois, cette mesure s’avère plus utilisée pour des protocoles de recherche qu’en pratique clinique.

Paramètres subjectifs

L’évaluation de la dyspnée et/ou de la sensation de fatigue peut être réalisée au cours de l’effort par échelle visuelle analogique type Borg [35].

Fatigue musculaire

L’existence d’une fatigue musculaire au niveau du quadriceps suite à la réalisation d’une épreuve d’effort peut être évaluée grâce à la mesure du twitch torque obtenue suite à une stimulation supramaximale du nerf fémoral [36]. Bien que ces mesures soient sans aucun doute trop complexes pour entrer en routine clinique, elles ont récemment mis en évidence l’existence d’une fatigue contractile du quadriceps. Toutefois, ces mesures ont été réalisées après un exercice de pédalage à charge croissante [37], [38] ou des contractions maximales volontaires du membre inférieur [39]. Si aucune étude n’a évalué la fatigue musculaire de façon objective à la suite d’une épreuve d’effort, un travail a mis en évidence l’apparition d’une fatigue musculaire au cours de l’épreuve d’effort par le biais de l’électromyographie de surface [40]. La fonction musculaire apparaît être un facteur limitant de l’effort, intervenant avant même la limitation ventilatoire. Il demeure néanmoins difficile d’évaluer directement la fatigue musculaire chez les patients pendant ou après une épreuve d’effort incrémentale. Des mesures complémentaires de la force des muscles squelettiques (lactatémie par exemple) pourraient justifier que le dysfonctionnement des muscles squelettiques soit considéré comme un facteur potentiel dans la limitation à l’effort chez les patients.

Critères d’arrêt de l’effort

Dans la majorité des cas, le patient est lui-même à l’origine de la décision d’arrêter l’épreuve d’effort parce qu’il sent qu’il n’a plus les capacités physiques ou psychologiques pour continuer le test. Toutefois, il existe des critères qui, lorsqu’ils sont atteints, commandent l’arrêt immédiat de l’effort (tableau III) [1], [41].

Interprétation de l’épreuve d’effort

L’interprétation des résultats a pour objectif de connaître les possibilités du patient à l’effort, c’est-à-dire sa tolérance à l’effort. Dans ce cas, il est préférable d’exprimer la figure 1 pic en pourcentage de la valeur prédite, ou en ml.min–11.kg–1. Il est important également de déterminer l’origine de la limitation (ventilatoire, échanges gazeux, cardiaque, musculaire, psychologique [par exemple anxiété]...), et de s’assurer que le patient puisse continuer ou reprendre une activité physique quotidienne sans aucun risque pour sa santé (désaturation, problèmes cardio-vasculaires, hypertension artérielle...). Des profils de réponses pathologiques sont disponibles [1], [42]. L’interprétation de l’épreuve d’effort doit enfin être la base des indications pour le réentraînement à l’effort, et plus particulièrement pour ce qui concerne l’intensité d’exercice.

Les modifications engendrées par le réentraînement à l’effort peuvent être évaluées à partir de certains paramètres dont la figure 1 correspondant au seuil ventilatoire, la figure 1 pic, ainsi que les relations figure 2/ figure 1 et le score de dyspnée/. Après un réentraînement à l’effort, si la puissance maximale atteinte est augmentée de manière indiscutable de 15 % à 35 %, l’augmentation de la figure 1 pic est plus modeste (environ 10 %) [43], [44], [45], [46], [47]. La réhabilitation respiratoire induit un déplacement vers la droite du seuil ventilatoire [43], [45], [47] indiquant une amélioration du niveau d’effort sous-maximal toléré par le patient. La baisse du rapport dyspnée/ figure 2 après réentraînement [48] reflète une moindre sensibilité à l’essoufflement, ou une réduction de la distension dynamique due à une respiration ralentie, mais plus profonde. La diminution du rapport figure 2/ figure 1 indique une moindre ventilation à même niveau métabolique, donc une économie et un meilleur rendement ventilatoire. Une interprétation plus détaillée de l’épreuve d’effort est disponible dans de nombreux ouvrages [49], [50].

Les épreuves d’effort cardio-respiratoires à charge croissante présentent toutefois des limites, puisqu’elles nécessitent une bonne compliance de la part du sujet. Compte tenu de ces limites, l’intérêt de ces épreuves d’effort paraît lié à la pertinence des indications. Les autres points forts de ce test sont sa bonne reproductibilité et le fait que l’effet d’apprentissage soit quasi-inexistant [51]. Bien qu’aucune donnée ne soit disponible en ce qui concerne les patients BPCO, l’épreuve d’effort est un test qui ne présente pas de danger à partir du moment où il est conduit sous la supervision d’une personne habilitée. Même chez les patients présentant un risque cardiaque, les épisodes présentant une certaine gravité ne sont rapportés que pour 232 tests sur 10 000 [52]. La mortalité est inférieure à 0,5 pour 10 000 tests [53]. Ainsi, son utilisation répétée dans le cadre d’une évaluation ne présente aucun problème. Bien réalisées et standardisées, les épreuves d’effort tiennent une place privilégiée parmi les explorations fonctionnelles en pneumologie.

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