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Modalités d'entraînement des muscles inspiratoires et expiratoires chez les personnes souffrant de BPCO

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Auteurs : A. Rapin, A. Gérard, C. Pineau, F.C. Boyer

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  • L'ajout d'un travail des muscles respiratoires à un programme de soins de réadaptation de personnes atteintes de BPCO a fait l'objet de nombreuses études. L'analyse de la littérature ne permet pas de définir les modalités optimales. Plusieurs effets positifs sont rapportés, sans toutefois apporter un niveau de preuve suffisant à ce jour pour confirmer l'indication dans ce cas.

Si, lors d'une bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), l'atteinte primaire est une atteinte respiratoire des petites voies aériennes distales alvéolaires, il y a aussi des dysfonctions qualitatives et quantitatives des muscles respiratoires. Ces dysfonctions touchent le diaphragme, avec une réduction de la longueur des sarcomères et un accroissement de la concentration des mitochondries. Ces dysfonctions peuvent toucher aussi les muscles expiratoires, surutilisés dans cette maladie obstructive. Des associations ont été établies entre la faiblesse des muscles respiratoires, la dyspnée perçue et la présence d'hypercapnie générée.

L'intégration d'un travail spécifique des muscles respiratoires dans un programme de réadaptation respiratoire chez les patients souffrant de BPCO apparaît indiquée, particulièrement en cas de dysfonctions.

L'objectif de ce travail est de fournir une aide à la prescription et de refaire le point sur l'impact d'un travail des muscles respiratoires chez les personnes atteintes de BPCO, à partir de la littérature.

Quelle prescription ?

Quels patients ?

La méta-analyse de Gosselink et al. (1) met en évidence l'efficacité d'un travail de renforcement en force des muscles inspirateurs lorsque les patients ont une pression inspiratoire maximale (PIMax) inférieure à 60 cm H2O. Depuis, d'autres études ont été réalisées pour affirmer ou infirmer ce seuil de déficience musculaire inspiratoire. Magadle et al. (2) ont montré un impact positif de ce renforcement spécifique pour une population avec une PIMax supérieure 60 cm H2O, résultats en contradiction avec ceux de l'étude de Beaumont et al. qui ne retrouvent pas d'impact sur la dyspnée et la PIMax chez ces patients (3).

Quel type de muscles ?

La majorité des études se sont intéressées à l'impact du renforcement des muscles inspiratoires.

Une méta-analyse de 2014 (4) montre un effet du renforcement spécifique des muscles expiratoires (versus groupe contrôle sans traitement) sur la pression expiratoire maximale (PEMax) et sur la PIMax, mais pas d'impact sur la dyspnée au test de 6 minutes de marche (TM6). L'association du renforcement des muscles expiratoires et inspiratoires (versus groupe contrôle sans traitement) dans cette méta-analyse, montre un effet sur l'amélioration des PEMax et PIMax.

Mehani (5) a comparé l'impact d'un travail de renforcement des muscles expiratoires à celui des muscles inspiratoires, et montre de façon attendue une meilleure efficacité sur la PIMax du travail des muscles inspiratoires, et sur la PEMax du travail des muscles expiratoires. Cependant, il retrouve également une supériorité du renforcement des muscles inspiratoires sur les modifications de l'hématose, et sur le TM6. Le renforcement des muscles inspiratoires semble donc à privilégier, mais l'association d'un renforcement des muscles inspiratoires et expiratoires pourrait être intéressante.

Quelle fréquence et quelle durée ?

La fréquence est le plus souvent de 1 fois par jour, mais pour certaines études elle est de 2 fois par jour (6-10).

La fréquence hebdomadaire varie selon les études de 2 à 7 jours par semaine. Aucune étude n'a comparé plusieurs fréquences de travail, et aucune étude n'a spécifiquement étudié la tolérance sur des fréquences élevées. Cependant, si l'on se base sur le faible nombre de perdus de vue, il semble que même à une fréquence de 7 fois par semaine, la tolérance soit bonne. Par ailleurs, aucune étude ne relate d'effet indésirable.

Le temps d'exercice varie de 15 à 30 min.

La durée des programmes proposés est de 3 semaines à 4 mois, sans étude comparant entre elles ces différentes durées.

Quelle technique ?

Plusieurs types de programme ont été étudiés, sans qu'ils aient été comparés entre eux. Plusieurs études proposent un travail sur 30 cycles respiratoires (8, 10, 11), d'autres se basent sur le temps de travail, comme par exemple 2 minutes de travail suivies de 1 minute de repos durant 21 minutes (7) ou 1 minute de travail suivie de 1 minute de repos, durant 20 minutes (12).

La supervision semble être un élément primordial dans l'efficacité d'un tel traitement.

Quelle intensité ?

L'intensité initiale de travail varie selon les études de 15 % (5) à 75 % (13) de la PIMax ou bien de l'intensité maximale supportée (8, 10).

S'il n'existe pas d'étude comparant différentes intensités de travail, Gosselink et al. (1) dans leur méta-analyse ne retrouvent pas d'efficacité du travail en endurance.

La combinaison d'un travail en force et en endurance a été étudiée par Petrovic et al. (14) en 2012, avec un travail d'abord en force (10 séries d'inspirations de 1 seconde au minimum, contre 80 % de la PIMax avec 10 secondes de pause entre chaque inspiration) puis en endurance (augmentation progressive de la résistance jusqu'à 60 % de la PIMax, avec respiration sur 1 minute puis pause de 20 secondes, sur 10 séries).

Quelle incrémentation de la surcharge des exercices ?

Plusieurs études proposent une incrémentation progressive, quel que soit le point de départ, jusque 60 % de la PIMax (5-7, 9, 15). D'autres protocoles d'études réalisent une incrémentation selon la tolérance (8, 10). La majorité mesure régulièrement la PIMax (généralement de façon hebdomadaire), pour réajuster l'inten­sité d'entraînement.

Quels dispositifs utiliser ?

Concernant le renforcement des muscles inspiratoires, il existe plusieurs dispositifs, utilisant des systèmes résistifs ou des systèmes à seuil (16).

L'étude de Wu et al. en 2017 (17) conclut à une meilleure efficacité des systèmes à seuil (Threshold® IMT) versus système résistif (PFLEX). Langer et al. (8) ont comparé un système à seuil mécanique (POWER breathe® ) à un système résistif autorégulé (POWER breathe® KH1), avec une meilleure efficacité du système résistif électronique.

Quels effets attendus du travail des muscles inspiratoires ?

Sur la PIMax

L'ensemble des publications scientifiques consultées montre une augmentation de la PIMax par un travail des muscles inspirateurs. Cependant, la mesure de la pression inspiratoire maximale reste critiquable, puisqu'elle est particulièrement influencée par la motivation et l'entrainement. La mesure de la Sniff Nasal Inspiratory Pressure (SNIP) semble plus reproductible. Nikoletou et al. (11) ont comparé la SNIP en partant de la capacité fonctionnelle résiduelle, la PIMax à la bouche en partant de la capacité fonctionnelle résiduelle et en partant du volume résiduel. Ils retrouvaient une meilleure reproductibilité de la SNIP. Ils retrouvaient (avec un travail de 6 fois par semaine, 2 fois par jour, sur 30 cycles respiratoires, jusqu'à 62 % de PIMax sur 7 semaines) une amélioration sur la mesure classique de la PIMax mais pas sur la SNIP, ni sur la mesure de la pression transœsophagienne. Il est donc nécessaire d'émettre une réserve sur l'impact du travail des muscles inspirateurs sur la force diaphragmatique, du fait des possibles erreurs de mesure.

Sur l'endurance inspiratoire

L'endurance inspiratoire semble également améliorée par un travail de renforcement des muscles inspiratoires.

Basso-Vanelli et al. (7) retrouvent une amélioration de l'endurance à 80 % de la PIMax sur POWER breathe® (médiane du temps limite d'exercice passant de 339 ± 250 à 732 ± 422,7 s). Ils notent que, pour les patients avec une PIMax initiale ≤ 60 cm H2O, la médiane finale était de 853,3 ± 714,5 s, tandis qu'elle était de 420,5 ± 133,1 s dans le groupe contrôle. Il faut noter cependant l'importance de la déviation standard de ces mesures reflétant un manque de précision certain.

Langer et al. (8) montraient une amélioration de l'endurance des muscles inspiratoires, après un travail avec le système résistif, supérieure à celle du groupe utilisant le système à seuil (de 219 ± 71 à 751 ± 168 s dans le groupe résistif, et de 193 ± 124 à 361 ± 309 s dans l'autre groupe, p = 0,02). Cependant, la mesure était faite pour les 2 groupes avec le système résistif, ce qui pourrait impliquer un biais d'apprentissage.

Sur les explorations fonctionnelles respiratoires (EFR)

Une amélioration statistiquement significative de la capacité vitale forcée (CVF) est retrouvée par Heydari et al. (9), pour 2 groupes, l'un faisant un renforcement musculaire inspiratoire (CVF passant de 2,3 ± 0,33 à 2,5 ± 0,35 l), l'autre un travail sur spirométrie incitative (passant de 2,33 ± 0,43 à 2,57 ± 0,73 l), sans différence entre les 2 groupes. Dellweg et al. (18) ne retrouvent pas d'amélioration sur ce même paramètre. À noter que la différence minimale cliniquement significative (MCID) de la CVF n'est pas identifiée spécifiquement pour la BPCO.

Concernant le volume expiratoire maximal par seconde (VEMS), une amélioration est retrouvée par Heydari et al. (9). Il passe de 1,56 ± 0,23 à 1,66 ± 0,26 l (non cliniquement significatif) dans le groupe renforçant les muscles inspiratoires, et de 1,59 ± 0,32 à 1,72 ± 0,4 l (cliniquement significatif) dans le groupe spirométrie incitative, et par Tout et al (15). Il passe de 0,93 ± 0,39 à 1,44 ± 0,57 l (cliniquement significative) par un travail de renforcement musculaire inspiratoire, non retrouvé dans un groupe travaillant les muscles expiratoires, ou bien des muscles inspiratoires et expiratoires de façon combinée), tandis que Dellweg et al. (18) ne retrouvent pas de différence.

Les résultats sur ce paramètre sont donc contradictoires et à confirmer.

Sur le test de marche de 6 minutes

La méta-analyse de Gosselink et al. (1) montre une amélioration de + 32 mètres sur le TM6 (et + 85 mètres sur un test de 12 minutes de marche) avec une possible supériorité d'un programme mixte, renforcement des muscles inspirateurs plus réentraînement global, versus travail isolé des muscles inspirateurs (SES 0,29 [– 0,004-0,58]) surtout si la PIMax < 60 cm H2O (SES 0,6 [– 0,11-1,32]).

Les études inclues dans cette méta-analyse retrouvent des améliorations de la distance parcourue au TM6 s'étendant de + 30 mètres (12) à + 45 mètres (8) ce qui est supérieur à la MCID pour ce paramètre, après un travail de renforcement des muscles inspiratoires seuls.

Tout et al. (15) ont comparé un travail de renforcement des muscles inspiratoires à un travail des muscles expiratoires ou à un travail combiné, et ne retrouvaient une amélioration statistiquement significative du TM6 que dans le premier groupe (+ 30,5).

Il est intéressant de noter que Mehani (5) retrouve une corrélation forte entre la PIMax et la distance parcourue au TM6 (r = 0,8).

Sur un test d'aptitude physique d'effort en endurance

Charususin et al. (19) retrouvent, en combinant un travail de réentraînement classique à un travail des muscles inspiratoires sur POWER breathe® KH1, une amélioration de la puissance maximale (PMax) au test d'effort sur cycloergomètre de 13 ± 14 versus 2 ± 12 W pour le groupe contrôle faisant un réentraînement seul. Dans ce travail, l'étude des paramètres ventilatoires montrent une corrélation positive entre le changement de la PIMax et le changement du volume courant (Vt) d'effort (r = 0,488) et de la fréquence respiratoire (FR) d'effort (r = 0,417) à 80 % de la ventilation maximale (VEMax). À noter qu'ils ne décrivent pas de modification de la dyspnée au pic d'intensité de l'effort.

Petrovic et al. (14) en 2012, a contrario, ne retrouvent pas d'amélioration sur la PMax, mais une diminution de la dyspnée maximale (passant de 5 ± 1,0 à 4 ± 1,1 sur l'échelle de Borg) et une amélioration du temps d'endurance à 75 % de PMax (passant de 597,1 ± 80,8 à 733,6 ± 74,3 s).

Cette amélioration du temps d'endurance est également retrouvée par Bernardi et al. (12), sur un test de marche à 80-85 % de la vitesse maximale (VMax) (passant de 347 ± 235 à 497 ± 410 s) et avec une moindre désaturation à ce test.

Sur la dyspnée

Plusieurs études semblent s'accorder sur une diminution de la dyspnée ressentie sur l'échelle de Borg ou sur des questionnaires de qualité de vie (13, 15). Gosselink et al. (1) dans leur méta-analyse retrouvent une diminution de l'échelle de Borg de dyspnée, pour tous les patients (diminution de – 0,45 [– 0,66 ; – 0,24]). Ces auteurs retrouvent également une diminution des mesures subjectives rapportées par les patients comme le Transition Dyspnea Index (TDI) et le Chronic Respiratory Disease Questionnaire (CRQ), mais les résultats sont plus hétérogènes.

Beaumont et al. (3) ont cherché à mettre en évidence une diminution de la dyspnée sur l'échelle MDP (Multi­dimensional Dyspnea Profile), avec une diminution subjective perçue des items “breathing a lot” et “tight and constricted”.

Conclusion

L'étude de la littérature permet de mettre en évidence un impact positif d'un travail de renforcement des muscles inspiratoires sur la force inspiratoire (PIMax), et le test de 6 minutes de marche. L'effet de ce type d'exercices physiques sur certains paramètres des EFR, la dyspnée et la puissance maximale est également évoqué, avec une nécessité de confirmer ces résultats. Ces éléments incitent à prescrire un travail spécifique de renforcement des muscles inspiratoires sur des paramètres quantitatifs, mais également qualitatifs, en association avec un programme de réentraînement à l'effort chez les personnes atteintes de BPCO. L'intérêt des exercices des muscles expiratoires reste, quant à lui, peu documenté. Il n'est pas possible de définir un programme préférentiel (fréquence, intensité, type, durée), cependant la progression vers une intensité d'au moins 60 % de la PIMax apparaît importante, ainsi qu'une éducation qualitative des mouvements ­respiratoires­ au repos, puis à l'effort. Il semble que si l'on utilise un dispositif mécanique, le système à seuil soit préféré au système résistif. Mais l'utilisation d'un système résistif régulé électroniquement pourrait avoir une meilleure efficacité. Ce choix est à relativiser compte tenu de son coût élevé, tandis que d'autres dispositifs moins coûteux sont efficaces.

Références

1. Gosselink R, De Vos J, van den Heuvel SP, Segers J, Decramer M, Kwakkel G. Impact of inspiratory muscle training in patients with COPD: what is the evidence? Eur Respir J 2011;37(2):416-25.

2. Magadle R, McConnell AK, Beckerman M, Weiner P. Inspiratory muscle training in pulmonary rehabilitation program in COPD patients. Respir Med 2007;101(7):1500-5.

3. Beaumont M, Mialon P, Le Ber-Moy C al. Inspiratory muscle training during pulmonary rehabilitation in chronic obstructive pulmonary disease: a randomized trial. Chron Respir Dis 2015;12(4):305-12.

4. Neves LF, Reis MH, Plentz RD et al. Expiratory and expiratory plus inspiratory muscle training improves respiratory muscle strength in subjects with COPD: systematic review. Respir Care 2014;59(9):1381-8.

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6. Majewska-Pulsakowska M, Wytrychowski K, Rożek-Piechura K. The role of inspiratory muscle training in the process of rehabilitation of patients with chronic obstructive pulmonary disease. Adv Exp Med Biol 2016;885:47-51.

7. Basso-Vanelli RP, Di Lorenzo VAP, Labadessa IG et al. Effects of inspiratory muscle training and calisthenics-and-breathing exercises in COPD with and without respiratory muscle weakness. Respir Care 2016;61(1):50-60.

8. Langer D, Charususin N, Jácome C et al. Efficacy of a novel method for inspiratory muscle training in people with chronic obstructive pulmonary disease. Phys Ther 2015;95(9):1264-73.

9. Heydari A, Farzad M, Ahmadi hosseini SH. Comparing Inspiratory Resistive Muscle Training with Incentive Spirometry on Rehabilitation of COPD Patients. Rehabil Nurs 2015;40(4):243-8.

10. Charususin N, Gosselink R, Decramer M et al. Inspiratory muscle training protocol for patients with chronic obstructive pulmonary disease (IMTCO study): a multicentre randomised controlled trial. BMJ Open 2013;3(8).

11. Nikoletou D, Man WD-C, Mustfa N et al. Evaluation of the effectiveness of a home-based inspiratory muscle training programme in patients with chronic obstructive pulmonary disease using multiple inspiratory muscle tests. Disabil Rehabil 2016;38(3):250-9.

12. Bernardi E, Pomidori L, Bassal F et al. Respiratory muscle training with normocapnic hyperpnea improves ventilatory pattern and thoracoabdominal coordination, and reduces oxygen desaturation during endurance exercise testing in COPD patients. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2015;10:1899-906.

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18. Dellweg D, Reissig K, Hoehn E, Siemon K, Haidl P. Inspiratory muscle training during rehabilitation in successfully weaned hypercapnic patients with COPD. Respir Med 2017;123:116-23.

19. Charussin N, Gosselink R, McConnell A et al. Inspiratory muscle training improves breathing pattern during exercise in COPD patients. Eur Respir J 2016;47(4):1261-4.

Liens d'interêts

A. Rapin, A. Gérard, C. Pineau et F.C. Boyer déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts.

auteurs
Dr Amandine RAPIN

Médecin, Médecine physique et réadaptation, CHU de Reims, hôpital Sébastopol, Reims, France

Contributions et liens d’intérêts
Pr François-Constant BOYER

Médecin, Médecine physique et réadaptation, CHU de Reims, hôpital Sébastopol, Reims, France

Contributions et liens d’intérêts
centre(s) d’intérêt
Médecine physique & réadaptation
Mots-clés