4- Pressions statiques à la bouche :

* Méthodes :

Pour mesurer la pression statique à la bouche, une pièce buccale est mise en place et le nez fermé par un pince-nez.

La pièce buccale est reliée à un capteur de pression.

On demande au patient d’effectuer un effort inspiratoire maximal, que l’on peut optimiser par des encouragements verbaux ou par la visualisation du résultat sur un oscilloscope.

Pour éviter la fermeture de la glotte et l’effet de la contraction des muscles des joues, une très petite fuite est ménagée dans la pièce buccale.

Il est de règle de faire répéter la manoeuvre plusieurs fois, et de ne prendre en compte que la valeur reproductible la plus élevée.

Cependant, la reproductibilité d’une valeur de pression statique maximale ne garantit pas que l’effort ait été maximal.

La mesure des pressions statiques ne demande qu’un appareillage assez simple, qui peut se résumer à de petits manomètres électroniques portables, facilement utilisables au lit du patient.

On peut aussi, en réanimation, chez les patients ventilés artificiellement, obtenir une information équivalente en enregistrant la pression dans les voies aériennes lors d’efforts inspiratoires contre les voies aériennes occluses, mais la reproductibilité de ce test est faible.

Étant donné l’effet du volume pulmonaire sur la capacité des muscles respiratoires, dont le diaphragme, à produire une force , il est clair que le volume pulmonaire à partir duquel est effectuée la manoeuvre est un déterminant important du résultat.

Certains prônent sa réalisation à partir de la fin d’une expiration normale (capacité résiduelle fonctionnelle), d’autres à partir de la fin d’une expiration forcée (volume résiduel), le débat sur facilité et reproductibilité de l’une ou l’autre des solutions n’étant pas clos.

Une solution consiste à mesurer les pressions statiques inspiratoires et expiratoires à différents volumes pulmonaires (volume résiduel et capacité résiduelle fonctionnelle pour l’inspiration, capacité résiduelle fonctionnelle et capacité pulmonaire totale pour l’expiration), et à construire ainsi une enveloppe volume-pression dite diagramme de Rahn.

Une autre possibilité est de coupler la mesure des pressions à une mesure de volume pulmonaire pour pouvoir calculer un facteur de correction.

La mesure de la pression statique inspiratoire maximale doit toujours être couplée à une mesure de la pression statique expiratoire maximale.

Ceci permet de mieux caractériser l’atteinte des muscles respiratoires dans une affection donnée.

Par ailleurs, une pression statique inspiratoire diminuée, alors que la pression statique expiratoire est normale, suggère une dysfonction diaphragmatique isolée.

L’un des intérêts de la mesure des pressions statiques inspiratoires est que des valeurs normales sont disponibles, qui permettent d’exprimer les résultats en fonction de valeurs prédites.

Cependant, les normes les plus couramment utilisées datent de plusieurs décennies, portent sur de petits nombres de patients, ont été établies sur des populations nord-américaines.

Elles n’ont donc en rien la valeur des normes disponibles pour les valeurs de spirométrie ou de diffusion du monoxyde de carbone, par exemple.

* Limites :

En termes d’exploration diaphragmatique, la mesure des pressions inspiratoires statiques à la bouche n’est pas spécifique, puisqu’elle évalue l’action synergique des différents groupes musculaires inspiratoires.

En fait, les muscles abdominaux sont également souvent mis en jeu lors d’une manoeuvre inspiratoire statique, ce qui, en modifiant compliance abdominale et longueur diaphragmatique, complique l’interprétation des résultats.

Tous les individus ne recrutent pas les différents groupes musculaires de la même façon au cours d’un effort inspiratoire statique.

La réalisation de la manoeuvre, qui n’est pas naturelle, peut être difficile pour certains patients, voire perçue comme désagréable.

Elle nécessite une bonne compréhension de ce qui est demandé, un niveau de coopération élevé, une coordination neuromusculaire centrale et périphérique parfaite, incluant les muscles péribuccaux pour éviter les fuites au niveau de la pièce buccale.

Ces conditions sont rarement réunies chez des patients atteints d’affections neuromusculaires ou à l’état général altéré.

Par exemple, une infection grippale, sans effet intrinsèque sur la force des muscles inspiratoires, peut être associée à une réduction notable des valeurs de pression statique inspiratoire maximale par la simple fatigue générale qu’elle entraîne.

5- Pressions dynamiques à l’ouverture des voies aériennes :

* Méthodes :

Le test du reniflement (qui est désigné ci-après par sa dénomination anglophone sniff-test par souci de simplicité) a été introduit dans l’exploration du diaphragme dès les années 1920-1930, et consistait en l’observation du mouvement des coupoles diaphragmatiques en radioscopie.

La mesure de pression lors d’un tel effort a été introduite dans l’arsenal de l’exploration des muscles respiratoires au début des années 1980.

Les bases de ce test sont d’une part que, contrairement aux manoeuvres statiques décrites cidessus, le sniff-test est relativement naturel, tout individu étant susceptible de comprendre facilement ce que renifler veut dire, et que d’autre part, la manoeuvre ne demande pas de coordination soutenue de l’action des muscles inspiratoires.

On demande au sujet ou au patient d’effectuer, aussi rapidement et aussi fort que possible, un reniflement à partir du volume pulmonaire de fin d’expiration.

Aucune autre consigne n’est donnée.

Plusieurs essais sont réalisés, jusqu’à l’obtention d’une valeur maximale, la plupart des sujets atteignant la meilleure valeur au bout de cinq à dix tentatives.

On peut mesurer la pression transdiaphragmatique (Pdi) qui fait du test un élément d’exploration spécifique du diaphragme, la pression oesophagienne (Pes), mais aussi la pression à l’ouverture des voies aériennes, pharynx, bouche ou narine.

Actuellement, ce dernier site de mesure de la pression a pris le pas sur tous les autres.

Une narine est occluse par un bouchon à travers lequel passe un cathéter relié à un capteur de pression, tandis que le sujet inspire par l’autre narine.

Cette mesure, connue sous le nom de sniff nasal inspiratory pressure (SNIP), est simple et reproductible.

L’un de ses principaux avantages est la disponibilité de valeurs normales chez l’adulte comme chez l’enfant.

* Limites :

Couplé à une mesure de pression à l’ouverture des voies aériennes, le sniff-test est un test global des muscles inspiratoires, non spécifique du diaphragme.

Certains auteurs ont avancé l’hypothèse que le sniff-test renseignait mieux qu’une inspiration statique sur la fonction diaphragmatique parce que la Pdi obtenue chez des sujets normaux pouvait être supérieure avec le sniff-test qu’avec l’inspiration statique.

Ceci n’a cependant pas fait l’objet d’une vérification formelle.

La valeur du sniff-test est limitée s’il existe une anomalie de transmission de la pression entre l’alvéole et l’ouverture des voies aériennes.

Ceci est particulièrement le cas chez les patients atteints de BPCO, où la pression nasale lors du sniff-test sous-estime la pression intrathoracique.

On peut contourner ce problème en mesurant la Pes en lieu et place de la pression nasale, mais ceci fait perdre le bénéfice du caractère « non invasif » de la technique.

Tous les sujets ne recrutent pas leurs muscles inspiratoires et leurs abdominaux de la même façon lors d’un sniff-test.

Il s’agit d’une manoeuvre dynamique qui fait intervenir la relation force-vélocité des muscles en cause, source de complication de l’interprétation et au cours de laquelle le volume pulmonaire, donc les conditions de fonctionnement du diaphragme, varient.

Les patients souffrant d’atteintes neurologiques altérant la capacité à coordonner les mouvements (par exemple syndromes extrapyramidaux, cérébelleux, ou troubles de la sensibilité profonde) sont souvent incapables de réaliser des manoeuvres respiratoires de nature balistique, comme un sniff-test ou une expiration forcée.

Enfin, la mesure de la pression nasale n’est pas possible, ou non fiable, en cas d’anomalies nasales chroniques (déviations de cloison) ou aiguës (obstructions nasales), anomalies qu’il n’est pas toujours facile de détecter.

6- Électromyographie de surface :

* Méthodes :

En plaçant deux électrodes sur la peau à la surface du thorax, en regard de la zone d’apposition, il est possible d’enregistrer de façon totalement atraumatique l’activité électrique du diaphragme.

On utilise des électrodes d’électromyographie classiques, à cupule d’argent, réutilisables ou à usage unique.

L’électrode dite active est fixée dans un espace intercostal, et l’autre, dite neutre, sur un repère osseux.

La disposition des électrodes varie selon les laboratoires et les études, tant en ce qui concerne l’espace intercostal visé (sixième à huitième), la situation antéropostérieure dans cet espace (de la proximité du bord extérieur du sternum à la ligne axillaire moyenne), que l’écart interélectrodes (l’électrode neutre peut être fixée à proximité de l’électrode active, sur la côte adjacente, à une distance allant de 1 à 5 cm, ou plus loin, sur l’appendice xiphoïde, voire à distance, sur le genou ou l’acromion).

En pratique, placer l’électrode active dans le dernier espace intercostal accessible à la palpation, entre le bord externe du sternum et la ligne médioclaviculaire, et l’électrode neutre sur la côte adjacente à environ 2 cm de distance semble un bon compromis, permettant d’enregistrer des bouffées électromyographiques diaphragmatiques à l’inspiration avec le minimum de signal en provenance des abdominaux, et permettant d’enregistrer un signal aussi peu contaminé que possible en réponse à la stimulation phrénique.

Il convient de souligner que l’on enregistre l’activité du diaphragme au niveau de la zone d’apposition, définie par les insertions du muscle à la face interne des côtes inférieures.

En cas de paralysie phrénique, la position de la coupole change (surélévation), en raison de la perte du tonus musculaire, mais les insertions anatomiques ne sont bien évidemment pas modifiées : il n’y a par conséquent pas lieu de modifier la position des électrodes en fonction de la position de la coupole.

* Limites :

La limite essentielle de l’enregistrement électromyographique par électrodes de surface tient au fait que les électrodes sont séparées du muscle « cible » par plusieurs plans musculaires (intercostaux, abdominaux).

Le signal enregistré est donc la sommation des activités de ces muscles.

En cela, il est très difficile de l’interpréter en tant qu’index purement diaphragmatique, et son utilisation est réservée à la recherche.

Dans ce contexte, il a été démontré que des modifications du spectre de fréquence du signal accompagnaient la survenue du diaphragme (modification du contenu en haute fréquence par rapport au contenu en haute fréquence, déplacement de la fréquence centroïde).

En routine, l’électromyographie du diaphragme par voie de surface n’a d’intérêt que pour s’assurer du relatif bon positionnement d’électrodes destinées à recueillir une réponse à la stimulation phrénique.

7- Phonomyographie :

Elle repose sur le constat que la contraction des muscles striés squelettiques produit des vibrations de basse fréquence qui sont enregistrables à l’aide de microphones appropriés.

On peut enregistrer le phonomyogramme diaphragmatique de façon non agressive en plaçant de tels microphones sur la peau en regard de la zone d’apposition.

En ventilation spontanée, cette approche se heurte aux mêmes limites que l’électromyographie de surface (sommation des activités des muscles sus-jacents, intercostaux et transverses).

C - EXPLORATIONS SPÉCIFIQUES DU DIAPHRAGME :

Deux approches permettent d’isoler l’action du diaphragme de celle des autres muscles respiratoires :

– la première consiste à enregistrer des signaux dont seul le diaphragme peut entraîner des modifications.

De par la situation anatomique du muscle, les techniques en cause sont par nature relativement agressives.

Il s’agit principalement de la mesure de la Pdi, de l’enregistrement de l’activité électromyographique du diaphragme crural par sonde oesophagienne et de l’enregistrement de l’activité électromyographique du diaphragme costal à l’aiguille.

On peut étudier ces signaux lors de la respiration spontanée calme, mais on utilise plus souvent des manoeuvres volontaires, statiques ou dynamiques ;

– la seconde consiste à provoquer artificiellement une contraction diaphragmatique par stimulation du nerf phrénique, et à étudier, en réponse à cette stimulation, les variations de signaux qui n’ont plus besoin d’être purement diaphragmatiques, puisque alors seul le diaphragme y contribue.

Ce concept est la source, depuis le début des années 1990, de l’émergence de techniques simplifiées d’exploration diaphragmatique qui ont permis l’application à l’exploration clinique de méthodes jusque-là confinées à la physiopathologie et au laboratoire.

Bien entendu, il est également possible d’enregistrer des signaux spécifiquement diaphragmatiques en réponse à la stimulation phrénique, mais cette stratégie ressort davantage de la recherche que de l’exploration fonctionnelle.

1- Signaux spécifiques du diaphragme :

* Pression transdiaphragmatique :

+ Principe :

La Pdi se définit comme la différence entre la pression qui règne dans la cavité thoracique et la pression qui règne dans la cavité abdominale.

En pratique, on mesure la Pes pour évaluer la pression pleurale, et la pression gastrique (Pga) pour évaluer la pression abdominale.

Le diaphragme est le seul muscle qui simultanément abaisse la Pes et augmente la Pga, d’où une différence (Pdi = Pes - Pga) non nulle.

Si le diaphragme est passif, la contraction des abdominaux augmente la Pga, mais cette pression positive est transmise intégralement à la cavité thoracique : la Pdi est nulle.

Inversement, la contraction isolée de muscles inspiratoires extradiaphragmatiques abaisse la Pes, mais négative également la Pga : la Pdi est nulle.

+ Méthodes de mesure :

La méthode la plus répandue de mesure de la Pes et la Pga pour déterminer la Pdi repose sur l’utilisation de cathéters introduits dans l’oesophage et dans l’estomac par voie nasopharyngée, après anesthésie locale de la muqueuse nasale à la xylocaïne.

Ces cathéters sont perforés à leur extrémité distale, qui est recouverte d’un ballonnet de latex légèrement gonflé d’air, destiné à éviter l’occlusion du cathéter.

On peut utiliser deux cathéters (un oesophagien, l’autre gastrique), ou un seul muni de deux ballonnets.

Ils peuvent être faits « à la main », très simplement, ou être achetés dans le commerce.

Le ballonnet doit être en caoutchouc très fin et très compliant, pour éviter que son gonflage ne fausse la mesure de pression.

Les cathéters doivent être non compliants et d’un diamètre interne minimal de 1,4 mm pour éviter tout risque d’atténuation de la transmission de pression (mais une valeur d’au moins 1,7 mm est préférable).

Si l’on utilise deux cathéters, ils doivent être de longueur égale.

Leur extrémité proximale est reliée à un capteur de pression différentiel référencé à la pression atmosphérique, calibré, linéaire, dont la gamme de mesure doit être compatible avec le niveau de pression mesurée.

La Pdi peut être mesurée directement en dérivant Pes et Pga vers un troisième capteur, ou calculée a posteriori par soustraction des signaux digitalisés.

Il faut éviter de ne mesurer que la Pdi en connectant les cathéters oesophagien et gastrique aux deux ports d’un unique capteur différentiel.

Ceci expose à des erreurs métrologiques (non-détection du déplacement d’un cathéter en cours de mesure, déphasage) et représente une perte importante d’informations (impossibilité d’estimer les contributions respectives des composantes thoracique et abdominale de la Pdi, et donc, par exemple, l’action inspiratoire du diaphragme, définie comme le rapport Pes/Pdi).

Une méthode moins répandue, car beaucoup plus coûteuse, est l’utilisation de microcapteurs piézoélectriques montés sur sondes.

La dynamique de réponse de ces capteurs est plus rapide que celle des systèmes de cathéters à ballonnet, et en théorie le risque de déphasage entre les signaux est moindre.

Les informations fournies sont en pratique similaires. Quel que soit le type de sonde utilisé, le positionnement des capteurs dans l’oesophage et dans l’estomac est crucial.

Pour le vérifier, il convient d’examiner les signaux lors de manoeuvres respiratoires.

Une augmentation de pression lors d’une inspiration volontaire donne la certitude que le capteur est bien en position gastrique.

À l’inverse, une diminution inspiratoire de la pression est le témoin d’un positionnement oesophagien.

La répartition de la pression pleurale étant hétérogène sur la hauteur de la cavité thoracique, il est nécessaire de vérifier que la Pes mesurée en est un reflet correct.

En toute rigueur, il convient pour cela de réaliser un test dit d’« occlusion » : voies aériennes fermées, le sujet effectue des manoeuvres respiratoires dites « isovolumétriques ».

Les variations de Pes doivent être strictement superposables aux variations de pression à la bouche (ou à l’ouverture des voies aériennes chez les patients intubés ou trachéotomisés).

Indispensable pour des études fines de la mécanique respiratoire, ce test est rarement réalisé en exploration fonctionnelle du diaphragme.

On se contente de placer le ballonnet à peu près au tiers moyen de l’oesophage qui correspond au niveau auquel sont nettement visibles des oscillations cardiaques.

En cas de paralysie diaphragmatique, la vérification de la position des ballonnets peut s’avérer particulièrement difficile.

On peut alors se guider sur l’enregistrement du péristaltisme oesophagien : si la déglutition de salive ou d’une petite quantité d’eau est suivie d’une montée lente et puissante de pression, le positionnement oesophagien du ballonnet est certain.

+ Précautions :

L’introduction de sondes à ballonnet par voie nasopharyngée est une pratique routinière en explorations fonctionnelles respiratoires.

S’il ne s’agit pas d’une technique totalement atraumatique, elle est cependant peu agressive.

La prudence est de mise chez les patients présentant des troubles de déglutition, chez qui une fausse route peut survenir lors de l’introduction de la sonde, ou chez qui vomissements ou reflux induits par la mise en place de la sonde peuvent avoir des conséquences dramatiques.

Il est de bonne règle de systématiquement poser la question d’une éventuelle allergie aux anesthésiques locaux avant la mise en place de ces dispositifs.

Enfin, l’allergie vraie au latex peut également inciter à ne pas utiliser cette méthode.

+ Conditions de mesure :

Pour explorer la fonction diaphragmatique, la Pdi peut être mesurée lors de la respiration calme, lors d’efforts inspiratoires statiques, ou lors d’efforts inspiratoires dynamiques (sniff-test).

Des valeurs normales ont été publiées pour la Pdi maximale statique et la Pdi lors du sniff-test.

Ces valeurs de référence n’ont cependant pas la portée des normes spirométriques par exemple, car elles concernent en général des groupes limités de volontaires sains d’âge jeune.

+ Avantages et limites :

La mesure de Pdi a pour principal avantage d’isoler la contraction diaphragmatique de celle des autres muscles inspiratoires lors de manoeuvres volontaires.

Elle donne accès non seulement à une évaluation quantitative de la contraction diaphragmatique , mais également à une évaluation précise de son action inspiratoire (proportion de la Pdi transformée en dépression pleurale, rapport Pes/Pdi) et permet d’évaluer la contribution du diaphragme à la production du volume courant (rapport pression abdominale/Pdi).

Cependant, elle connaît des limites : la mise en place des sondes oesophagienne et gastrique, sans être très agressive, n’est pas agréable ; de nombreuses erreurs métrologiques sont possibles, d’où la nécessité d’une importante expérience de l’opérateur.

Dans certaines circonstances, la transmission de pression du compartiment abdominal au compartiment thoracique est imparfaite, et des muscles extradiaphragmatiques expiratoires ou inspiratoires peuvent contribuer à la Pdi.

Certains individus parfaitement normaux recrutent très peu leur diaphragme lors des manoeuvres inspiratoires volontaires statiques ou dynamiques.

Enfin, la mesure de la Pdi lors de manoeuvres volontaires est dépendante de la compréhension et de la coopération du patient.

* Électromyographie du diaphragme crural par sonde oesophagienne :

+ Méthodes :

Du fait des rapports anatomiques entre l’oesophage et le diaphragme, il est possible d’enregistrer ce dernier au moyen d’une sonde introduite par voie nasopharyngée et descendue jusqu’à l’hiatus oesophagien.

Il n’est à l’heure actuelle plus possible de se procurer ce type de sonde dans le commerce, et la plupart des travaux utilisant cette technique mentionnent la fabrication artisanale de sondes plus ou moins complexes.

Le principe de base est de faire passer dans un tube souple, qui peut être similaire à celui utilisé pour les capteurs de Pes, deux ou plusieurs fils reliés à autant de plots distaux.

La fixation de la sonde au point d’enregistrement optimal de l’activité diaphragmatique est assurée soit par blocage extérieur (fixation adhésive au niveau du nez), soit par un ballonnet gonflable permettant d’« ancrer » la sonde dans l’estomac.

L’enregistrement porte sur les fibres diaphragmatiques les plus proches de l’oesophage, c’est-à-dire celles qui rayonnent de la partie centrale et postérieure du tendon central pour aller s’insérer à la face antérieure des vertèbres et de l’arcade du psoas.

L’enregistrement est relativement spécifique du diaphragme.

+ Limites :

Outre le fait qu’il s’agit d’une technique non strictement atraumatique, nécessitant un équipement non standard et un niveau élevé d’expérience de la part de l’opérateur, l’électromyographie du diaphragme par sonde oesophagienne a pour principale limite d’explorer essentiellement le diaphragme crural.

De par sa situation anatomique, l’action inspiratoire de cette partie du muscle n’est pas évidente, et il est possible que sa vocation soit plus posturale qu’inspiratoire.

Chez l’animal, et probablement chez l’homme, non seulement l’anatomie et la fonction distinguent le diaphragme costal du diaphragme crural, mais également l’innervation.

L’interprétation de l’électromyographie diaphragmatique par sonde oesophagienne comme un index strictement respiratoire est donc théoriquement sujette à caution.

Pour toutes ces raisons, l’utilisation de cette méthode reste exceptionnelle en exploration clinique, et demeure du domaine de la recherche.

* Électromyographie du diaphragme costal à l’aiguille :

+ Méthodes :

Bien que le diaphragme ne soit pas très facilement accessible, son anatomie rend possible l’enregistrement de son activité électromyographique par des électrodes-aiguilles standards.

On utilise des électrodes bipolaires concentriques de très petit diamètre (250 à 300 µm), de longueur variable en fonction de l’épaisseur de la paroi (des électrodes de 25 mm suffisent en l’absence d’obésité majeure).

L’abord du muscle se fait par voie antérieure (entre le bord latéral du sternum et la ligne médioclaviculaire), dans le dernier espace intercostal accessible, au niveau donc de la zone d’apposition dont le rapport postérieur est la cavité abdominale et non le poumon : il n’y a aucun risque de pneumothorax.

(Cette technique a été employée sans complications chez des patients souffrant de BPCO où la distension thoracique était susceptible de réduire la hauteur de la zone d’apposition.)

Le positionnement de l’aiguille est optimisé grâce au monitorage visuel et auditif du signal (détection d’unités motrices et recrutement lors d’une inspiration avec expansion abdominale).

Si l’enregistrement de l’activité du diaphragme à l’aiguille ne peut pas être qualifié d’atraumatique, il ne s’agit néanmoins pas d’une technique très agressive.

Les aiguilles sont du type couramment utilisé pour l’électromyographie en explorations fonctionnelles neurophysiologiques, et la douleur qu’elles provoquent (au passage de la peau et parfois au passage d’une aponévrose) est minime et transitoire (en général atténuation totale en quelques secondes).

L’utilisation d’aiguilles stériles à usage unique et les précautions d’asepsie usuelles écartent tout risque infectieux significatif.

Cette technique est utilisée en routine par certaines équipes.

Elle donne accès aux informations habituelles de l’électromyographie de détection, permettant seule le diagnostic, au niveau du diaphragme, de syndrome myogène ou neurogène.

+ Avantages et limites :

La situation directement intradiaphragmatique de l’électrode et le fait qu’elle n’enregistre qu’un volume très restreint de muscle (quelques millimètres cubes) permet de pallier les limites, décrites ci-dessus, de l’électromyographie de surface.

Ainsi, si l’on veut obtenir des informations purement diaphragmatiques en ventilation spontanée, l’électrode-aiguille est le seul moyen envisageable.

Il peut néanmoins arriver que, du fait de l’intrication très étroite des insertions diaphragmatiques et des insertions de certains muscles abdominaux sur la face interne des côtes, des électrodes-aiguilles captent une activité abdominale.

Ce risque est minimisé par l’optimisation de la position de l’aiguille sur la qualité du signal pendant une inspiration privilégiant le diaphragme.

En tout état de cause, il est strictement impossible qu’un signal enregistré à l’aiguille en réponse à une stimulation phrénique corresponde à autre chose qu’à un signal diaphragmatique.

À côté de son agressivité relative, la principale limite de la technique est qu’elle ne donne pas une idée globale de la fonction du muscle en raison du petit nombre d’unités motrices échantillonnées.

* Déplacements abdominaux :

Du fait de ses mécanismes d’action, le diaphragme est responsable d’un mouvement de la paroi abdominale vers le dehors à l’inspiration, ce qui correspond à une augmentation du diamètre antéropostérieur de l’abdomen, ou encore de sa circonférence ou de sa surface de section.

Une augmentation inspiratoire de l’un ou l’autre de ces paramètres témoigne donc principalement sinon exclusivement d’une participation diaphragmatique à l’inspiration.

Il s’agit d’un index qualitatif que l’on peut évaluer au moyen de magnétomètres, de jauges de contrainte ou d’une pléthysmographie d’impédance.

Son utilisation en exploration diaphragmatique de routine n’a pas encore fait l’objet d’une validation précise.

2- Stimulation phrénique :

* Principes généraux :

Le nerf phrénique assurant seul la totalité de l’innervation du diaphragme, sa stimulation à une intensité suffisante provoque une contraction simultanée de l’ensemble des fibres musculaires diaphragmatiques homolatérales, indépendamment de toute coopération du sujet.

Le stimulus, artificiel, est connu et reproductible.

Il s’agit donc d’un outil d’une puissance considérable pour le diagnostic des dysfonctions diaphragmatiques périphériques et la compréhension de leurs mécanismes.

La stimulation phrénique permet d’apprécier la capacité du diaphragme à produire une pression inspiratoire, de mesurer la conduction phrénique, et de détecter un bloc de conduction neuromusculaire.

Il est important de souligner que, si la stimulation phrénique unilatérale est adaptée à l’étude électrophysiologique de la fonction du nerf phrénique correspondant, elle ne permet pas d’obtenir des informations correctes sur la capacité du diaphragme à produire une pression.

En effet, en cas de contraction diaphragmatique unilatérale, survient une très importante distorsion thoracique qui interfère avec la transformation de la force diaphragmatique en pression et rend les résultats ininterprétables.

Pour étudier les propriétés mécaniques du diaphragme, il est donc impératif de stimuler simultanément et de façon similaire les deux nerfs phréniques.

* Méthodes disponibles :

+ Stimulation électrique du phrénique au cou :

Le nerf phrénique, issu des racines cervicales C3, C4 et C5, traverse le cou de haut en bas selon un trajet oblique en avant qui suit grossièrement celui du bord postérieur du sterno-cléido-mastoïdien.

Il est accessible à la stimulation à ce niveau, 5 à 10 cm au-dessus de la clavicule.

La stimulation électrique, technique de référence, peut être réalisée à l’aide d’une électrode bipolaire (anode et cathode montées à 2 cm de distance sur un support que l’on peut déplacer pour localiser le nerf) ou monopolaire (cathode fixée sur un repère osseux [clavicule ou épineuse d’une vertèbre dorsale], anode montée sur un support mobile servant à localiser le nerf).

On utilise des chocs électriques en échelon carré, d’intensité variable, d’une durée de 0,1 à 0,3 ms, et l’on obtient en général une stimulation adéquate du nerf avec des courants d’une intensité de l’ordre de 30-50 mA.

Pour être reproductible et éviter toute erreur d’interprétation des réponses tant mécaniques qu’électromyographiques, la stimulation phrénique doit concerner la totalité des fibres nerveuses et les dépolariser totalement.

On s’assure de ce résultat en utilisant une intensité de stimulation supérieure d’au moins 10 % à l’intensité provoquant une réponse électromyographique d’amplitude maximale.

Pour obtenir cette stimulation dite « supramaximale », on construit, après repérage du nerf à l’aide d’une stimulation de basse intensité, une courbe dite « de recrutement » décrivant l’évolution de l’amplitude de la réponse électromyographique en fonction de l’intensité de la stimulation.

L’avantage majeur de la stimulation électrique est de provoquer une contraction isolée du diaphragme, pour peu qu’il soit possible d’isoler le nerf phrénique du plexus brachial adjacent, ce qui est souvent le cas.

Contrairement à ce qui est le cas avec d’autres techniques de stimulation, on dispose ainsi d’une information « pure » sur la fonction du diaphragme.

Ceci a fait de la stimulation électrique l’outil de référence pour les études physiologiques et physiopathologiques. Elle connaît cependant des inconvénients et des limites.

La localisation du nerf est plus ou moins facile.

En effet, à l’endroit où il est accessible, le nerf phrénique est petit, parfois incomplètement formé et seulement constitué de petits filets nerveux.

Il existe de nombreuses variantes anatomiques et, par définition, la stimulation électrique ne peut accéder au nerf phrénique accessoire : si celui-ci innerve une proportion significative du diaphragme, la stimulation électrique risque de sous-estimer la fonction diaphragmatique.

La morphologie cervicale du sujet joue aussi un rôle important.

Les sujets ou patients très musclés, ayant des cous courts ou souffrant d’obésité, peuvent poser des problèmes techniques insurmontables.

Tout ceci conduit à une limite majeure de la technique : on ne peut pas être sûr qu’une absence de réponse correspond effectivement à une lésion nerveuse.

Le doute sur un faux négatif plane toujours, son importance dépendant étroitement de l’expérience de l’opérateur.

Par ailleurs, les chocs électriques sont légèrement douloureux, et leur répétition peut entraîner une inflammation au niveau du point de stimulation.

La stimulation électrique peut donc être mal tolérée, d’autant plus que l’accessibilité du nerf est faible (nécessité de fortes intensités électriques, recherche prolongée amenant à multiplier les chocs).

Une fois le nerf localisé, maintenir une relation constante entre l’électrode et le nerf impose d’exercer sur l’électrode une pression qui peut également être légèrement douloureuse.

Enfin, la costimulation de structures nerveuses adjacentes est parfois inévitable (par exemple, en cas d’anastomose entre phrénique et plexus brachial), source d’inconfort pour le sujet, et d’artefacts perturbant l’interprétation des résultats.

La nécessité de stimuler les deux nerfs phréniques simultanément pour pouvoir interpréter la réponse mécanique du diaphragme rend la stimulation électrique au cou quasiment impraticable en exploration fonctionnelle diaphragmatique.

Elle reste parfaitement adaptée à l’étude de la conduction phrénique, ce d’autant que les valeurs normales sont bien établies.

Elle est la seule méthode permettant la détection d’une anomalie de la transmission neuromusculaire au niveau du diaphragme.

+ Stimulation magnétique :

+ Principes :

La stimulation phrénique par stimulation magnétique cervicale a été développée pour pallier les inconvénients de la stimulation électrique du phrénique au cou.

Elle dérive de techniques mises au point pour l’exploration fonctionnelle neurophysiologique , et repose sur le principe qu’un champ magnétique pulsé, produit par la décharge d’un courant de forte intensité dans une bobine de fil métallique, traverse (au contraire d’un champ électrique) les barrières osseuse et cutanée en étant très peu atténué.

À son tour, ce champ magnétique produit, en profondeur dans l’organisme, des courants secondaires de très faible intensité qui lui sont perpendiculaires (donc parallèles à la bobine dans laquelle passe le courant primaire), et peuvent dépolariser les structures nerveuses auxquelles ils sont tangentiels.

Ainsi, il est possible de stimuler sans douleur ni effets secondaires des structures nerveuses profondes, centrales (cortex principalement) ou périphériques, autrement inaccessibles à la stimulation.

L’une des principales raisons de cet état de fait est l’absence d’interactions ionisantes du champ magnétique avec les tissus traversés.

Il est ainsi possible d’obtenir une stimulation nerveuse sans que le stimulateur ne soit forcément au contact de la peau (stimulation possible à travers un vêtement, à travers un pansement).

La forme et les dimensions de la bobine de cuivre à travers laquelle le courant primaire est délivré conditionnent la forme et l’intensité du champ magnétique produit et le volume de tissu qu’il traverse.

En utilisant divers types de bobines et en faisant varier l’intensité du courant primaire, on peut ainsi obtenir des stimulations plus ou moins focales, plus ou moins profondes.

Pour l’exploration diaphragmatique, deux types de bobines sont utilisés principalement : bobine circulaire simple de 90 mm de diamètre, pour la stimulation magnétique cervicale non focale ; bobine circulaire de 43 mm de diamètre dédoublée en « 8 », pour la stimulation magnétique phrénique focale.

Les contre-indications de la stimulation magnétique en chocs uniques sont quasiment inexistantes.

Elles incluent, par principe et bien que ceci n’ait pas fait l’objet de travaux précis ni de recommandations officielles, les porteurs de stimulateurs cardiaques, et plus généralement de tout stimulateur totalement ou partiellement implanté.

On évite de réaliser des stimulations corticales chez des patients porteurs de dispositifs métalliques intracérébraux (clips neurochirurgicaux).

+ Méthodes disponibles :

Plusieurs techniques permettent de stimuler le nerf phrénique par stimulation magnétique.

La stimulation magnétique cervicale (SMC) a été la première décrite.

Avec cette technique, une bobine circulaire de 9 cm de diamètre est positionnée au niveau de la nuque, en regard de la septième ou de la huitième vertèbre cervicale.

À l’intensité maximale des stimulateurs actuels (par exemple 2,5 Tesla pour le stimulateur Magstim 200, Magstim, Sheffield, UK), chez des sujets dont le diamètre antéropostérieur de la cage thoracique supérieure est normal, le champ magnétique traverse le cou et atteint le nerf phrénique à la portion supérieure de son trajet médiastinal, au-delà de l’anastomose avec le nerf phrénique accessoire.

On peut, en diminuant l’intensité de stimulation ou en déplaçant la bobine latéralement et vers le haut, stimuler les racines cervicales du nerf phrénique.

Par rapport à la stimulation électrique au cou, la stimulation magnétique cervicale lève le problème de la tolérance, celui de l’accessibilité du nerf phrénique accessoire, et celui de la difficulté technique.

En effet, son caractère non focal supprime quasiment le risque de faux négatifs inhérent à la difficulté technique de la stimulation électrique.

La rançon de la simplicité et de la fiabilité de la stimulation magnétique cervicale est son absence de spécificité pour le nerf phrénique.

Le champ magnétique englobe un volume qui contient de nombreuses structures excitables, en particulier l’ensemble des racines cervicales basses et le nerf spinal (mais pour des raisons géométriques, la moelle n’est pas dépolarisée).

La contraction diaphragmatique produite par la stimulation magnétique cervicale n’est donc pas isolée. De nombreux muscles se contractent simultanément : trapèzes, sterno-cléido-mastoïdiens, deltoïdes, grands dentelés, grands pectoraux...

Sauf hypertrophie de certains muscles, cette cocontraction ne produit pas en elle-même de pression inspiratoire, comme cela a été démontré chez des patients atteints de paralysie diaphragmatique bilatérale, mais elle modifie les caractéristiques de la réponse diaphragmatique parce qu’elle diminue le phénomène de distorsion thoracique caractéristique de la contraction diaphragmatique isolée.

La transformation de la force diaphragmatique en pression négative intrathoracique, lors de la stimulation magnétique cervicale, est ainsi meilleure que lors de la stimulation phrénique électrique bilatérale.

Divers arguments ont permis de démontrer le rôle de l’impact de la costimulation de muscles extradiaphragmatiques sur la distorsion thoracique au cours de la stimulation magnétique cervicale, arguments directs (amplitude moindre du paradoxe thoracique supérieur en stimulation magnétique), ou indirects (différence entre stimulation magnétique et électrique moindre à haut volume pulmonaire où la distortabilité de la cage thoracique est réduite ; abolition de la différence entre les deux techniques après fatigue sélective des muscles de la cage thoracique).

La stimulation magnétique cervicale peut donc être vue comme ayant l’avantage de produire une contraction diaphragmatique dans des conditions plus physiologiques que la stimulation électrique bilatérale.

Elle permet par ailleurs de faire le diagnostic de dysfonction des muscles inspiratoires extradiaphragmatiques.

Stimulation magnétique cervicale et stimulation phrénique électrique bilatérale apportent donc des informations de nature différente sur la fonction du diaphragme.

Elles doivent être vues comme deux méthodes complémentaires et non concurrentes.

En pratique clinique, il est clair que la première est beaucoup plus utilisable que la seconde. Diverses études ont démontré qu’elle permettait sans difficulté de faire le diagnostic de dysfonction diaphragmatique.

Avec la stimulation magnétique, il est également possible de stimuler le nerf dans son trajet médiastinal, en appliquant une bobine circulaire du même type que celle utilisée pour la stimulation magnétique cervicale sur le sternum (stimulation magnétique antérieure [SMA]).

Enfin, on peut stimuler le nerf phrénique au niveau du cou à l’aide de bobines en « 8 ».

Cette stimulation magnétique phrénique focale reproduit d’assez près les résultats de la stimulation électrique classique, à ceci près qu’il est quasiment impossible d’obtenir avec elle une stimulation phrénique sans costimulation du plexus brachial.

Elle peut être utilisée unilatéralement (stimulation magnétique focale unilatérale [SMU]) ou, en couplant deux stimulateurs et deux bobines bilatéralement, stimulation magnétique focale bilatérale.

* Signaux étudiés en réponse à la stimulation phrénique :

+ Principes généraux :

Selon la méthode utilisée, la stimulation phrénique provoque une contraction isolée ou prédominante du diaphragme.

En principe, il n’est donc pas nécessaire d’enregistrer un index spécifique de la contraction diaphragmatique pour obtenir une information ne concernant que le diaphragme.

Ceci permet en particulier de coupler à la stimulation phrénique des grandeurs de sortie dénuées de toute agressivité et simples à utiliser.

Ce propos doit cependant être légèrement nuancé, dans la mesure où d’une part certaines de ces grandeurs de sortie posent des problèmes particuliers pouvant en compromettre la validité (qualité de la transmission de la pression intrathoracique à l’ouverture des voies aériennes, contamination du recueil électromyographique de surface par une activité issue d’autres muscles), et où d’autre part la stimulation phrénique n’est pas pure avec certaines techniques (en particulier stimulation magnétique cervicale).

Il est clair que les choix méthodologiques faits pour l’investigation de routine représentent souvent un compromis entre « purisme » physiologique et « pragmatisme » clinique.

+ Réponse électromyographique à la stimulation phrénique en choc unique :

D’une façon générale, il est préférable d’étudier la conduction nerveuse au moyen d’électrodes de surface, parce que l’enregistrement à l’aiguille donne des informations parcellaires (faible nombre d’unités motrices échantillonnées).

Par ailleurs, si une aiguille échantillonne des unités motrices innervées par des fibres nerveuses lentes ou si elle est piquée à distance des plaques motrices, il y a un risque d’enregistrer une réponse faible et lente malgré l’absence de toute anomalie neurogène.

L’enregistrement à l’aiguille ne se conçoit en stimulation nerveuse que pour éviter l’interférence de potentiels provenant de muscles voisins transmis aux électrodes de surface par le volume conducteur.

Ce peut être le cas pour le diaphragme lorsque la stimulation n’est pas très spécifique du nerf phrénique.

En routine, on utilise des électrodes de surface, et il convient de respecter les règles générales garantes de la bonne qualité du signal (abrasion cutanée pour réduire l’impédance, électrode active dans l’espace intercostal et électrode de référence sur la côte adjacente, électrode de terre installée, bande passante 2 Hz-10 kHz, disposition des électrodes modifiées jusqu’à obtention de la meilleure réponse, etc).

La stimulation phrénique entraîne une réponse motrice diaphragmatique (potentiel d’action musculaire composé, parfois appelé onde M), qui est la somme des potentiels d’unité motrice élémentaires et qui a la forme classique d’un potentiel d’action moteur, avec une négativité initiale (vers le haut selon les conventions de langage électrophysiologique), suivie d’une positivité (vers le bas).

L’amplitude de cette réponse n’est pas codifiée, du fait d’une faible reproductibilité d’un patient à l’autre, et d’un jour à l’autre chez un même patient.

En revanche, l’amplitude de la réponse doit être grossièrement symétrique entre le côté droit et le côté gauche. La latence de la réponse électromyographique du diaphragme à la stimulation phrénique renseigne sur la conduction phrénique.

La valeur normale en est variable selon la technique utilisée.

La stimulation électrique du phrénique au cou est de ce point de vue la mieux codifiée.

De nombreuses études, depuis de nombreuses années permettent de fixer à environ 7 ms la latence normale, en sachant qu’elle peut varier avec l’âge et la taille.

Une latence supérieure à 8,5 ms est très certainement pathologique, quelle que soit la situation, mais il faut toujours interpréter le chiffre en fonction du contexte.

Normalement, les temps de conduction phrénique sont symétriques, à 1 ms près (certaines études montrent une tendance pour le temps de conduction gauche à être plus long que le temps de conduction droit) : une asymétrie est donc le signe d’une conduction anormale du côté le plus lent, quelle que soit la valeur absolue du temps de conduction phrénique.

Il importe de noter que l’intensité de la stimulation joue sur la vitesse de conduction nerveuse, qu’il s’agisse de stimulation magnétique où cet effet peut être particulièrement marqué ou de stimulation électrique.

Pour être interprétable et reproductible, la conduction phrénique doit être mesurée lors d’une stimulation supramaximale.

La stimulation magnétique cervicale fournit des valeurs de conduction phrénique différentes de la stimulation électrique.

Sans entrer dans le détail, il y a plusieurs raisons à cela : la stimulation magnétique dépolarise préférentiellement les fibres myélinisées de gros calibre, dont la vitesse de conduction est la plus rapide ; surtout, le site de dépolarisation du nerf est différent.

Chez des sujets dont le cou et la partie supérieure du thorax ne sont pas pléthoriques, le champ magnétique est susceptible d’atteindre le nerf au niveau du médiastin antérieur et supérieur, au-delà du point de stimulation électrique.

Les latences sont par conséquent plus courtes en stimulation magnétique qu’électrique, des chiffres compris entre 5,5 et 6,5 ms correspondant probablement à la fourchette normale.

Faute de large diffusion d’une technique beaucoup plus récente que la stimulation électrique et de standardisation d’un laboratoire à l’autre, les valeurs normales de conduction phrénique sont moins solidement établies pour la stimulation magnétique que pour la stimulation électrique.

Concernant la stimulation magnétique unilatérale focale du phrénique au cou, les rares valeurs actuellement disponibles suggèrent qu’elle fournit des temps de conduction comparables à ceux obtenus avec la stimulation électrique.

La mesure de la conduction phrénique est importante dans toutes les suspicions de dysfonction diaphragmatique neurogène, qu’il s’agisse d’atteintes phréniques isolées (par exemple paralysie phrénique unilatérale suspectée sur une surélévation de coupole constatée radiologiquement) ou d’atteintes phréniques s’intégrant dans le cadre d’affections plus générales.

Elle permet le diagnostic, mais également le suivi évolutif.

Dans certains cas, la réponse diaphragmatique à la stimulation phrénique a une valeur pronostique.

Ainsi, une abolition totale de la réponse après une lésion traumatique, quelle que soit la nature du traumatisme, est de mauvais pronostic, tandis qu’un simple ralentissement de la conduction laisse ouverte, selon le contexte étiopathogénique, la possibilité d’une récupération, même tardive.

Chaque technique de stimulation a, pour l’étude électrophysiologique du phrénique, ses avantages et ses inconvénients .

La stimulation électrique focale a pour avantage de donner une information sans faux positifs, pour laquelle il existe des éléments de référence nombreux dans la littérature. Son principal inconvénient est sa difficulté technique, exposant au risque de résultat faussement négatif.

La stimulation magnétique cervicale a pour avantage la facilité de son usage, donnant accès à la conduction phrénique des deux côtés au moyen d’un seul stimulus.

Sa non-spécificité est un avantage, car elle réduit quasiment à néant le risque de faux négatif.

La possibilité de faire varier le site de stimulation en modulant l’intensité de la stimulation et son niveau précis permet parfois de préciser le niveau d’une lésion, radiculaire ou tronculaire (remarque : la combinaison de la stimulation électrique au cou et de la stimulation magnétique peut permettre de faire le diagnostic d’une anomalie dissociée du nerf phrénique principal et du nerf phrénique accessoire).

Cependant, la non-spécificité même de la stimulation magnétique cervicale constitue un inconvénient.

En effet, si les conditions de recueil de l’électromyogramme de surface ne sont pas optimales, le signal peut être contaminé par des champs électriques dits « lointains », provenant des nombreux muscles extradiaphragmatiques costimulés avec le diaphragme, non pas tant les muscles inspiratoires accessoires du cou que le grand pectoral ou les insertions antérieures du grand dentelé.

Un matériel d’électromyographie de qualité et un positionnement correct des électrodes permettent d’éviter cet écueil, comme le démontre l’absence d’activité électromyographique en réponse à la stimulation magnétique cervicale chez des patients atteints de paralysie diaphragmatique isolée.

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