Peut-on modifier le comportement respiratoire?

Jorge GallegoChargé de Recherches InsermHôpital Robert DebréParis

Pourquoi modifier le comportement respiratoire?

• Augmenter la ventilation alvéolairebasse fréquence, ventilation « diaphragmatique »

• Diminuer le travail des muscles respiratoiresasynchronisme thoraco-abdominal

• Eviter l’hypocapnie (syndrome d’hyperventilation)basse fréquence

• Diminuer l’activation psychologique (stress)relaxation, yoga

Ces objectifs peuvent-ils être réalisés simultanément?

Modifier dans le comportement respiratoire?

Contrôle central de la ventilation

Peu d’études contrôléesPeu de résultats objectifs

Modifier l’automatisme ventilatoire

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Blanchi and Sieweke, 2007

Automatisme respiratoire

• Complexe Pre-Botzinger: environ 600 neurones (chez le rat)• Noyau Rétrotrapézoïde• Gènes du contrôle respiratoire

chemorécepteurs peripheriques

contrôle suprapontiqueCortex (aire motrice supplémentaire, CX prémoteur)

hypothalamus

controle bulbopontiquenucleus tractus solitarius groupe ventral and dorsal du bulbegroupe pontique

motoneurones spinaux

chemorécepteurs centraux

mécanorécepteurs pulmonaires

IX

X

diaphragme

intercostaux

Amygdale+ cervelet

La respiration dépend: des activités cognitivesdes émotionsdes états de vigilance

Deux voies du contrôle respiratoire: « automatique » et « volontaire »

Apprentissage respiratoireContrôle volontaire indépendant

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Syndrome d’Ondine: perte de l’automatisme, contrôle volontaire intact

Sritipayawan et al. 2002

A: Patiente 25 ans diagnostiquée Ondine à 14 mois. Ventilation basale normale à l’éveil, pas de réponse à l’hypercapnie

B: Nouveau-né de 13 jours (fille de la patiente A) Ondine. Hypoventilation au

cours du sommeil.

CCHS: Congenital Central Hypoventilation Syndromemaladie rare, mutation génétique du gène Phox2Bpas de réponse ventilatoire au CO2, hypoventilation au cours du sommeil

pas de modification de la ventilation de sommeil

Le syndrome persiste à vie.

Locked-in syndrome: perte du contrôle volontaire, automatisme intact

Ventilation basale variable. La commande volontaire s’ajoute à la commande automatique

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Haouzi et al, 2006

Contrôle volontaire indépendant du contrôle automatique

Rééducation du contrôle respiratoire: un apprentissage moteur

• Objectif: un comportement respiratoire automatique plus adapté

• Méthodes: instructions verbales, feedback (ou synchronisation), images mentales

• Critères d’automatisation: contrôle non attentionnel

•Rétention et transfert aux situations de la vie courante

Automatisation du comportement appris?

Automatisation d’un mouvement respiratoire volontaire

Consigne: ajuster la durée de chaque inspiration à une valeur fixéeFeedback visuelTest d’attention: mesure du temps de réaction à un bip sonore

Le temps de réaction diminue avec l’entraînement

Automatisation possible?

Triangles: temps de réaction pendant le contrôleRespiratoire (pendant l’inspiration et l’expiration)Points: temps de réaction sans contrôle

respiratoire Gallego 1991

D’autres stratégies sont-elles possibles?

Favoriser les phénomènes de plasticité respiratoire qui se produisent dans les conditions naturelles.

La réponse ventilatoire à l’exercice

La pression artérielle en CO2 reste constante à l’initiation de l ’exercice

Pas de « signal d’erreur »!

La régulation des gaz du sang n’explique pas l’augmentation initiales de la ventilation

Cortex cérébral

Musclesrespiratoires

Centresrespiratoires

bulbo-pontiques

EchangeurThoraco-pulmonaire

PCO2

PO2

Capteurs:

Comment s’effectue l’ajustementtrès précis de la ventilation aux besoins métaboliques?

La réponse ventilatoire à l’exercice: réponse apprise par expérience?

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•Jeunes volontaires sains•Exercice sur ergomètre•4 min/10 fois par jours/ 7 jours•Avec ou sans CO2 ajouté (PetCO2: +8 Torr)•Test en air ambiant

Résultat:L’entraînement avec CO2 supplémentaire modifie la réponse ventilatoire à l’exercice.

Wood et al 2003

Pas de différence de scores de dyspnée pendant l’entraînement

Comportement volontaire ou conditionnement

Plasticité respiratoire: l’adaptation spontanée à l’hypoxie répétée

A: Réponse du nerf phrénique à la stimulation des c stimulation des chémorécepteurs ou à la stimulation électrique directe.

Barre : 120 sec. F diminue après la stimulation

B: AR: acute responseSTP: short term potentiationSTD: short term depression

D: en hypoxie soutenue la ventilation augmente, puis diminue.

Powell et al 1998

Plasticité respiratoire: changements (structurels ou fonctionnels) du contrôle respiratoire résultants de l’expérience antérieure

Mécanisme dépendant de la synthèse de sérotonine et de BDNF (Brain-derived Neurotrophic factor) au voisinage des noyaux moteurs du nerf phrénique

CIBLE THERAPEUTIQUE POTENTIELLE: lésions de la moelle épinière, sclérose latérale amyotrophique, apnées du sommeil,

La répétition des stimuli hypoxique entraîne une augmentation progressive de la réponse (PA: progressive augmentation) et une facilitation à long terme (LTF)

Comportement respiratoire

Facteurs génétiquesGènes du contrôle respiratoireMaladies génétiques

EnvironnementAdaptation à l’altitude

Expérience antérieureRéponse ventilatoire à l’exerciceFacilitation à long terme résultant des apnéesHypoxie, hyperoxie néonatale

Conclusions

On doit pouvoir modifier le comportement respiratoire

• en utilisant sur les principes généraux des apprentissages moteurs (connaissance des résultats, automatisation, transfert, rétention)

• En stimulant les mécanismes spontanés de plasticite respiratoire (5-HT, BDNF)..)

• en s’appuyant sur des mesures physiologiques et psychophysiologiques (PetCO2, asynchronisme, dyspnée)

• en validant les méthodes par des études contrôlées