Essai d'évaluation respiratoire clinique à l'aide de la spectroscopie (CREST)

OBJECTIF Démontrer la relation entre le débit sanguin des muscles respiratoires et le travail respiratoire à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge utilisant le colorant vert d'indocyanine NIRS-ICG.

HYPOTHÈSE ET OBJECTIFS

HYPOTHÈSE #1 : Chez les sujets ayant une fonction musculaire respiratoire normale (volontaires sains), le RMBF tel que mesuré par la technique NIRS-ICG variera directement avec le travail respiratoire (WOB) tel que mesuré par les changements dans les gradients de pression transpulmonaire et tel que mesuré par l'œsophage et l'EMG de surface .

Objectif #1 : Mesurer et démontrer la relation entre RMBF et WOB/EMG chez des volontaires sains simulant une résistance pulmonaire anormale.

Objectif #2 : Mesurer et démontrer la relation entre RMBF et WOB chez des volontaires sains simulant une compliance pulmonaire anormale.

HYPOTHÈSE #2 : Chez les sujets présentant une fonction musculaire respiratoire anormale (sevrage de la ventilation mécanique après exacerbations de BPCO ou de SDRA), le RMBF tel que mesuré par la technique NIRS-ICG variera avec le travail respiratoire tel que mesuré par les changements des gradients de pression transpulmonaire et tel que mesuré par EMG oesophagien et de surface.

Objectif #3 : Mesurer et démontrer la relation entre RMBF et WOB chez des sujets cliniques présentant une résistance pulmonaire anormale (sevrage de la ventilation mécanique après exacerbation de BPCO).

Objectif #4 : Mesurer et démontrer la relation entre RMBF et WOB chez des sujets cliniques présentant une compliance pulmonaire anormale (sevrage de la ventilation mécanique après SDRA).

HYPOTHÈSE #3 : Nous supposons, sur la base des auteurs précédents, que les débits sanguins dans les muscles respiratoires pour un WOB donné seront différents dans les populations cliniques que chez les volontaires sains. Nous émettons l'hypothèse que la pente de l'analyse de régression linéaire reliant le BFI au WOB (à la fois les gradients de pression transpulmonaire et l'EMG) sera "plus raide" dans les populations cliniques, ce qui suggère qu'une des raisons de l'insuffisance respiratoire et des difficultés de sevrage dans ces populations peut être l'oxygène inefficace des muscles respiratoires utilisation.

Objectif #5 : Démontrer que les relations RMBF-WOB dans les populations cliniques seront différentes de celles mesurées chez les volontaires sains.

JUSTIFICATION À ce jour, la mesure du débit sanguin régional et de l'utilisation de l'oxygène s'est avérée difficile. Cela n'est nulle part plus vrai que dans la mesure du débit sanguin régional et de l'utilisation de l'oxygène par les muscles respiratoires. Une grande partie de ce que nous savons sur le flux sanguin musculaire respiratoire (RMBF) provient d'enquêtes sur des animaux ou de recherches humaines nécessitant des méthodes hautement invasives. Le développement d'une technique peu invasive pour la mesure de la RMBF a le potentiel d'ajouter de manière significative à nos connaissances sur l'énergétique respiratoire dans la recherche et les milieux cliniques.

La spectroscopie proche infrarouge (NIRS) peut être utilisée pour mesurer l'absorption d'énergie électromagnétique dans le domaine proche infrarouge (650 à 1000 nm) par des chromophores in vivo. Lors de l'évaluation de l'oxygénation tissulaire régionale, le NIRS évalue la quantité d'énergie émise absorbée dans la plage associée à l'hémoglobine (760 nm) et à la désoxyhémoglobine (800 nm). Le rapport de ces quantités de lumière absorbée peut être utilisé pour générer un indice d'oxygénation/désoxygénation tissulaire. Le colorant vert d'indocyanine est un chromophore synthétique qui absorbe l'énergie dans le spectre infrarouge (805 nm). Guenette et al. ont mesuré l'accumulation d'ICG dans les muscles respiratoires à l'aide du NIRS tandis que la concentration d'ICG dans le sang artériel a été mesurée à l'aide de la photodensitométrie. Cette technique a l'avantage de pouvoir quantifier le débit sanguin musculaire absolu avec des mesures simultanées du débit cardiaque, permettant ainsi le calcul des débits sanguins régionaux absolus et des taux absolus de consommation d'oxygène régionale. La praticité de cette technique chez des volontaires sains est compliquée par la nécessité de prélèvements sanguins et de réinjections ainsi que de canulation artérielle et de mesure du débit cardiaque.

Pour éviter les difficultés logistiques de la canulation artérielle et de la canulation veineuse centrale (nécessaires à la détermination du débit cardiaque), un indice de débit sanguin (BFI) relatif a été proposé. La méthode BFI est une alternative peu invasive et a d'abord été développée pour une estimation rapide et répétée au chevet du patient du débit sanguin cérébral. Le BFI est dérivé d'un signal NIRS ICG mesuré par voie transcutanée et ne nécessite pas de canulation artérielle ni de mesure du débit cardiaque. Le BFI est une mesure relative du débit sanguin car le débit absolu ne peut être déterminé que si la concentration artérielle d'ICG est mesurée.

Des analyses antérieures ont comparé le BFI et le débit sanguin musculaire absolu déterminés à l'aide du NIRS et de l'ICG et ont démontré une forte concordance entre le BFI et le débit sanguin musculaire absolu dérivé du NIRS. À ce jour, aucune étude n'a examiné la relation entre les valeurs BFI dérivées du NIRS-ICG et la charge de travail respiratoire mesurée par EMG œsophagien et de surface (EEMG-SEMG) chez des sujets présentant une compliance ou une résistance anormale ou dans des populations cliniques.

La maladie pulmonaire obstructive chronique (bronchite chronique et emphysème) est un état pathologique caractérisé par la destruction du parenchyme pulmonaire et un rétrécissement anormal des voies respiratoires qui entraîne une limitation de l'air. Dans la pratique clinique, la MPOC est définie par son faible débit d'air caractéristique et une résistance anormale du système pulmonaire lors des tests de la fonction pulmonaire. Contrairement à l'asthme, cette limitation est peu réversible et évolue dans le temps. La MPOC est la 4e cause de décès chez les Canadiens. Les exacerbations sévères de la MPOC peuvent nécessiter une ventilation mécanique et une admission en unité de soins intensifs.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est une maladie pulmonaire grave causée par des lésions inflammatoires directes et indirectes. Elle se caractérise par une inflammation du parenchyme pulmonaire entraînant une altération des échanges gazeux et une compliance anormale du système respiratoire. L'hypoxémie et la libération de cytokines systémiquement actives entraînent fréquemment une défaillance multiviscérale et la mort. Le SDRA nécessite généralement une ventilation mécanique et une admission dans une unité de soins intensifs.

Les patients atteints de MPOC ou de SDRA qui nécessitent une ventilation mécanique courent un risque élevé de décès, soit à cause de leur maladie, soit à cause de complications au cours d'une maladie grave. Ceux qui survivent à la phase aiguë de leur maladie ont souvent besoin d'une ventilation mécanique prolongée et ont souvent du mal à se sevrer de l'assistance respiratoire. Alors que les anomalies parenchymateuses pulmonaires et le déconditionnement sont des éléments importants de cet « échec de sevrage », la force des muscles respiratoires et potentiellement le débit sanguin des muscles respiratoires peuvent jouer un rôle.

MÉTHODE DE RECHERCHE Nous mènerons une série de quatre études pour démontrer l'efficacité de la technique de spectroscopie proche infrarouge Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG) pour la mesure non invasive du débit sanguin des muscles respiratoires (RMBF). Les deux premières études se dérouleront chez des volontaires sains et les deux secondes études se dérouleront dans des populations cliniques (patients ventilés mécaniquement se remettant d'exacerbations de BPCO ou se remettant d'un SDRA). Les deux premières études auront lieu dans notre laboratoire de physiologie respiratoire (le laboratoire de physiologie de la santé et intégrative de l'Université de la Colombie-Britannique) et les deux secondes auront lieu dans l'unité de soins intensifs (USI) de VGH.