Aspects physiologiques du vieillissement respiratoire

Série « pneumologie de la personne âgée »Coordonnée par Vincent Ninane

Aspects physiologiques du vieillissement respiratoire

H. Guénard1, S. Rouatbi2

1 Service d’Exploration Fonctionnelle du CHU de Bordeaux etLaboratoire de Physiologie de l’Université Victor Segalen Bordeaux II,Bordeaux.

2 Laboratoire de physiologie et service d’exploration fonctionnellerespiratoire, Hôpital et faculté de médecine de Sousse (Tunisie).

Tirés à part : H. GuénardService d’Exploration Fonctionnelle, CHU Victor Segalen, Bordeaux II,146, rue Léo Saignat 33076 Bordeaux.herve.guenard@labphysio.u-bordeau2.fr

Réception version princeps à la Revue : 01.08.2001.Retour aux auteurs pour révision : 02.10.2001.Réception 1ère version révisée : 19.12.2001.Réception 2e version révisée : 25.01.2002.Acceptation définitive : 29.01.2002.

Résumé

Le vieillissement pulmonaire désigne la diminution de l’ensembledes fonctions respiratoires liées à l’âge. Il porte sur les fonctionsproprement respiratoires (mécanique ventilatoire, échangesgazeux) aussi bien que sur les fonctions non respiratoires pul-monaires (immunologique en particulier). Le déclin de la fonctionrespiratoire avec l’âge n’est pas linéaire ; la PaO2 en particulierne diminue plus en moyenne après 70 ans ainsi que le rapportVEMS/CVF chez l’homme âgé. L’interprétation de modificationsde la mécanique respiratoire, ne serait-ce que la spirométrie, doitêtre très prudente du fait de la variabilité importante des valeursde référence chez les sujets âgés.

Mots-clés : Vieillissement v Poumon v Mécanique ventilatoire v

Échanges gazeux.

Rev Mal Respir 2002 ; 19 : 230-40

Rev Mal Respir 2002 ; 19 : 230-40 © SPLF, Paris, 2002 8S13

Physiological aspects of the declineof pulmonary function with ageH. Guénard, S. Rouatbi

Summary

After peaking between the age of 20 and 30 years, pulmonaryfunction declines gradually with age. This decline is related tochanges in respiratory dynamics (lung mechanics, gas exchange)and also to non-respiratory factors (e.g. changes in the immunesystem). This age-related fall in pulmonary function is not linear,for example there is no further decline in mean PaO2 in men andwomen, nor in the FEV1/FVC ratio in men, after the age of 70 years.Caution is required when interpreting changes in pulmonarymechanics in the elderly due to greater variability of referencevalues in this age group.

Key-words: Aging v Lung v Pulmonary function v Gas exchange.

Rev Mal Respir 2002 ; 19 : 230-40

herve.guenard@labphysio.u-bordeau2.fr

Introduction

L’homme est le mammifère dont la durée maximale devie est la plus longue, environ 115 ans, et paraît être l’excep-tion d’une loi biologique qui lie la taille des mammifères à leurdurée de vie ; l’éléphant a une durée de vie maximale de 70 ans,le chien de 20 ans, la souris de 3 ans. Parallèlement l’hommeest le mammifère qui se reproduit le plus tard. Il existerait desgènes pléiotropes qui lieraient ces deux étapes essentielles de lavie : la reproduction et la mort [1]. Ceci suppose que chacundes organes de l’homme est particulièrement bien adaptécontre le vieillissement, que l’on peut définir, sous un anglepratique, comme la diminution des possibilités fonctionnellesliées à l’âge.

Le parenchyme pulmonaire et les bronches, comme lapeau, ont la particularité d’être exposés tout au long de la vie àla plus forte pression partielle d’oxygène que l’on puisse trou-ver dans l’organisme. L’oxygène est un facteur de lésions tissu-laires qui demandent des mécanismes de défenses spécifiques.Il n’est d’ailleurs pas du tout évident que l’altitude à laquelle laplupart des hommes vivent, altitude qui conditionne la pres-sion inspirée d’O2, soit idéal pour minimiser ce risque « oxy-dant ». Des études épidémiologiques suggéreraient quel’homme vieillirait de façon optimale entre 1 500 et 2 000 md’altitude [2]. Ces observations ont été battues en brèche, dumoins dans les Andes, où la tradition fait que l’âge étant unesource de respectabilité, certains vieillards aient eu tendance àle majorer [3]. Les muscles respiratoires et la cage thoraciquene sont, par contre, soumis à aucun facteur spécifique devieillissement et semblent partager le sort, pour les premiers,des muscles squelettiques pour les seconds des os et des articu-lations.

Deux types d’étude permettent d’aborder le vieillisse-ment de l’homme, des études longitudinales, rarissimes, desétudes transversales, foisonnantes et souvent contradictoires,ce qui n’est pas surprenant puisque les études transversales fontdes moyennes d’histoires individuelles qui, chacune, comportedes facteurs de risques pour le vieillissement différents (généti-ques, environnementales, culturelles...). Faire des standards(moyennes et écarts types) chez le sujet âgé relève parfois duscientisme, mélanger des populations qui ont vieilli différem-ment serait sur le plan méthodologique une erreur analogue àcelle de faire la moyenne de la couleur des cheveux des euro-péens en mélangeant les blonds d’Europe du Nord et les noirsd’Italie du Sud, pour dire que l’européen moyen a les cheveuxchâtains.

Le texte de cet article est en grande partie inspiré du chapitre « vieillissementpulmonaire » du livre « Pneumologie » édité par M. Aubier, R. Pariente et A.Fournier et publié par Flammarion. Les auteurs remercient les éditeurs et lespublications Flammarion de leurs autorisations pour la reproduction partiellede ce texte.

H. Guénard, S. Rouatbi

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La figure 1 montre à titre d’illustration spéculative l’effetdu vieillissement différent de deux populations sur laPaO2 moyenne de l’ensemble de ces deux populations.

Le poumon a deux fonctions principales : une fonction àproprement parlé respiratoire, d’échanges gazeux, dépendantede la mécanique ventilatoire, et des fonctions non respiratoi-res ; métabolique, immunologique, endocrinienne. Le vieillis-sement va entraîner une réduction d’efficacité de toutes cesfonctions. Il faut remarquer que le déclin de la fonction respi-ratoire va de pair avec celui des possibilités d’utilisation del’oxygène et de production de gaz carbonique. La consomma-tion d’O2 maximale qui est de 45 ml/min/kg à 20 ans chez des

sujets sédentaires, diminue de 10 % par décade, c’est-à-dire de60 % à l’âge de 80 ans, soit 18 ml/min/kg. Les quelques étudeslongitudinales sont toutes convergentes sur ce point [4-7]. Lerôle favorable de l’activité physique quotidienne sur l’aptitudeaérobie au cours du vieillissement est bien connu [8].

Les fonctions non respiratoires du poumon, en particu-lier immunologique, doivent, faire face aux mêmes sollicita-tions chez les personnes jeunes et âgées mais l’immuno-dépression du sujet âgé n’est pas sans conséquence sur levieillissement pulmonaire.

Fonction mécanique pulmonaire

et vieillissement

Volumes pulmonaires et débits maximaux

Les volumes pulmonaires mobilisables diminuent avecl’âge alors que la capacité pulmonaire totale reste stable [9, 10].Certains auteurs [11-13] ont démontré qu’il existe plusieursfacteurs prédictifs du déclin fonctionnel pulmonaire (VEMSet CVF) chez les personnes âgées. En effet, le sexe masculin[14], l’ethnie [15], le tabagisme[14], la pollution interne, lesextrêmes de poids (obésité et maigreur), l’HTA et certainespathologies cardiaques jouent un rôle important dans l’accélé-ration de ce déclin. Enright et coll. [13] précisent que cettechute touche aussi bien le VEMS que la CVF, avec une atteinteplus importante de la CVF. La diminution du VEMS estestimée à en moyenne 30 ml/an à partir de l’âge de 30 ans [9,13].

Dans une étude, à la fois transversale et longitudinale,Dockery et coll. [9] montrent que la perte de volume mobili-sable par année, est, d’une part, à peu prés identique chezl’homme et la femme et, d’autre part, que cette vitesse s’accen-tue avec l’âge. La taille est considérée comme le déterminantpredictif majeur de la fonction pulmonaire quel que soit l’âge[13, 16]. Ainsi Ware et coll. [17], ont montré que la baisse duVEMS en rapport avec l’âge pouvait s’expliquer par la perte detaille due au vieillissement. En effet, une personne âgée peutperdre 0,5cm de taille par an. La fonction pulmonaire dépendde la morphologie du corps d’une manière générale (la taille etla longueur du tronc) [15]. Ces deux grandeurs sont variablesd’une ethnie à l’autre. Ainsi, les caucasiens ont pour une tailledonnée, une longueur du tronc plus grandes que celles desmexicains et afro-américains, ce qui expliquerait le fait qu’ilsaient des valeurs de CVF et de VEMS plus importantes quecelles d’autres ethnies.

Une variation diurne de la fonction pulmonaire a éténotée par Borsboom et coll. [18]. Alors que les valeurs de laCVF, du VEMS et du DEP augmentent de 9 h à 12 h, la CPTreste constante et le volume résiduel diminue. Durant ladeuxième moitié de la journée, ces paramètres varient dans lesens inverse. Cette évolution circadienne des volumes et débitspulmonaires est en relation avec la variation du diamètre bron-chique au cours de la journée.

Fig. 1.En haut et au milieu, évolutions supposées de la PaO2 et du taux desurvie d’une population qui vieillit lentement (A) et rapidement (B).Mélanger ces deux populations pour définir les références de valeurpar les gaz du sang permet d’obtenir la courbe du bas qui correspondschématiquement à l’évolution observée de la PaO2 en fonction del’âge. Noter l’absence de variation appréciable de la PaO2 chez lespersonnes du 3e âge.

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Les études statistiques visant à définir des normes posentdeux problèmes majeurs : la dispersion des résultats et l’ajuste-ment à travers les données brutes d’équations de régression. Ladispersion des résultats pour un auteur donné et entre auteurspeut-être illustrée par le travail de compilation des donnéeseuropéennes de Quanjer [19] ou, pour une tranche d’âge don-née de sujets âgés, celui de Milne et Williamson [20]. Lacapacité vitale d’un homme de 70 ans de 1,60 m de taille estcomprise, selon les auteurs, entre 3,84 et 2,72 litres [20]. Cettedispersion est probablement liée à l’hétérogénéité des popula-tions européennes étudiées. Comme le rappelle Quanjer, il esttoujours nécessaire de vérifier sur un échantillon de populationnormale vivant sur place que les normes que l’on utilise sonteffectivement applicables. Enright et coll. [13] ont trouvénécessaire d’établir des normes propres aux personnes âgées deplus de 60 ans.

La variabilité des résultats trouvés dans les études del’évolution de la fonction pulmonaire en fonction de l’âge peutêtre expliquée par le type des études épidémiologiques. Eneffet, Van Pelt et coll. [21] ainsi que Ware et coll. [17] onttrouvé que le déclin fonctionnel est plus important dans lesétudes longitudinales que transversales. Ceci serait du à l’effetde cohorte (facteurs environnementaux et individuels) et depériode (changement de techniques et d’instruments) rencon-tré dans les études longitudinales et à l’effet de la sélection dansles études transversales. L’effet de cohorte chez les personnesâgées est essentiellement lié à la perte de taille, la fréquence plusélevée de maladies respiratoires, et une plus grande expositionaux facteurs environnementaux [17].

Les sujets très âgés semblent, pour certains auteurs, rom-pre la monotonie du déclin fonctionnel. Pour Milne etWilliamson la variance de l’indice de Tiffeneau et de la CVFn’est pas expliquée par la taille et l’âge chez les hommes de plusde 80 ans, uniquement par l’âge chez les femmes. L’indice deTiffeneau diminue chez l’homme entre 62 et 79 ans et aug-mente après cet âge [20], résultat cohérent avec celui de Pfit-zenmeyer et coll. [22]. Chez la femme cet indice reste stable, de

62 à 79 ans, puis diminue. La représentation de Knudson de lacourbe débit-capacité vitale d’expiration forcée où les débitssont exprimés en les rapportant à la capacité pulmonaire totaleet les volumes pulmonaires en % de la capacité vitale, ce quipermet de s’affranchir des différences de taille des individus, estparticulièrement intéressante car elle montre que ces débitsrelatifs changent peu avec l’âge sauf chez l’homme dont lesdébits relatifs en fin d’expiration forcée apparaissent légère-ment diminués [23]. La réduction des débits maximaux paraîtdonc essentiellement liée à la réduction de la capacité vitale.Les modifications structurales à l’origine de ces modificationsseront évoquées un peu plus loin.

La variabilité du débit de pointe pourrait être utilisée chezles personnes âgées comme chez les adultes pour dépister lescrises d’asthme, les différences sont toutefois en moyenneténues (12 % de variabilité chez les asthmatiques, contre8,9 % chez les non-asthmatiques pour les femmes, 10,2 %contre 8,1 % chez les hommes) [24].

Le vieillissement est le résultat du cumul de phénomènesde vieillissement naturels et d’exposition à des contaminantsaériens, en particulier le tabac. Plusieurs auteurs [11-13, 25]ont trouvé que le tabagisme est l’un des facteurs les plus impor-tant dans la détermination du déclin fonctionnel chez les per-sonnes âgées. L’étude de Milne et Williamson est dans cedomaine particulièrement intéressante car 92 % des hommesinclus dans leur population fumaient ou avaient fumé, 33 %étaient des tousseurs chroniques. Il apparaît évident, dans cecas, que c’est l’association vieillissement et tabac qui est étu-diée. Par contre, dans cette même étude, seul 27 % des femmesfumaient ou avaient fumé et 9 % avaient une toux chronique[20]. Tabac et vieillissement ont des effets cumulatifs sur lafonction pulmonaire. Au plan pratique les résultats de l’étudeprécédente peuvent constituer une base de référence pour unepopulation âgée. Les coefficients de variations (rapport d’unedéviation standard à la moyenne) pour la capacité vitale et leVEMS sont d’environ 30 % ce qu’il faut retenir pour ne pasmal interpréter les résultats d’une spirométrie (tableau I). Vil-

Tableau I.Coefficients des équations de régression donnant VEMS, CVF et VEMS/CVF en fonction de l’âgeet de la taille (Y = b1 × âge + b2 × taille (cm) + a) en ml. La population masculine comporte 127hommes de 62 à 90 ans, la population féminine comporte 215 femmes de 62 à 89 ans, sans toux,ni expectoration. Les auteurs donnent aussi des équations de régresion pour une population ayantdes symptômes, pour la plupart des fumeurs ou ex-fumeurs. Noter les valeurs importantes desdéviations standards (DS). D’après Milne et Willliamson.

b1 (âge) b2 (taille cm) a DS

VEMS (Hommes) – 13,695 + 36,15 – 2 866,7 642,9

VEMS (Femmes) – 24,279 + 22,44 – 209,7 427,4

CVF (Hommes) – 16,097 + 54,86 – 4 929,9 696,2

CVF (Femmes) – 24,096 + 29,05 – 876,7 485,3

VEMS/CVF (Hommes) – 0,007 – 71,38 14,02

VEMS/CVF (Femmes) – 0,247 – 98,28 10,79

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lar et coll. [14] ont constaté que les tabagiques sont plus sus-ceptibles de développer une atopie et par conséquent unehyperréactivité bronchique. Le tabagisme augmente la per-méabilité de l’épithélium bronchique ce qui semble faciliterl’accès des antigènes au tissus lymphoïde [14]. En outre, il a étéaussi démontré que les tabagiques présentent plus fréquem-ment des tests cutanés positifs et ont des IgE spécifiques à desnouveaux allergènes[14]. Chez les ex-fumeurs et les fumeursrécents, l’atopie et le taux élevé des IgE sont associés à unedétérioration plus rapide du VEMS, qui n’est pas expliquée parla présence d’un asthme. Ceci suggère que les indices d’allergie(la réactivité des tests cutanés et le taux élevé des IgE) sont enrelation avec le développement d’une obstruction bronchiqueliée au tabagisme.

La technique de la NEP (Negative Expiratory Pressure)pourrait se révéler intéressante pour dépister de façon simple lalimitation des débits expiratoires. En bref, la techniqueconsiste à comparer une courbe débit volume en respirationcalme au même type de courbe obtenue lors du cycle suivantalors que la personne est soumise à une pression négative buc-cale de 5cmH2O. Normalement les débits expiratoires aug-mentent beaucoup, de 2 voir 3 fois en début de cycle.L’absence d’augmentation (EFL, pour Expiratory Flow Limi-tation) est interprétée comme un signe de limitation identiqueà celui que l’on observe chez les malades obstructifs en expira-tion forcée [26]. La quantification de l’EFL se fait en repérantle pourcentage du volume courant pour lequel la limitationapparaît. La limitation totale s’observe pour 100 % de VT.Chez la personne âgée cet examen simple, demandant peu decoopération, paraît particulièrement bien adapté. Des résultatspréliminaires de l’enquête Quid’R [27] portant sur 176 per-sonnes montrent que le taux d’examens réussis avec cette tech-nique est plus élevé qu’avec la spirométrie et encore plusqu’avec la courbe débit -volume. Le taux de limitation chez cespersonnes non sélectionnées est de 45 %. La limitation se faiten moyenne en fin de VT (23 %). De façon intéressante laprésence d’EFL n’est pas liée nécessairement à la diminutiondes indices classiques d’obstruction, bien qu’il existe des cor-rélations très significatives négatives entre VEMS, DEMM25-75, CV d’une part et % EFL d’autre part [27]. L’interprétationde la présence d’EFL doit être prudente puisque celle ci peutêtre liée aussi bien à une pathologie obstructive, à une diminu-tion de la compliance thoraco-pulmonaire totale quelle quesoit l’origine de cette diminution [28] qu’à une collapsus aisédes voies aériennes supérieures. Cette dernière possibilité restefaible à l’état de veille en position assise en utilisant des valeursde NEP faibles (-5 cmH2O) (Tamisier et coll., travail encours)

Élasticité thoraco-pulmonaire

Les pertes en volumes et débits du vieillissement sont liéesà des modifications d’élasticité des tissus thoraco-pulmonaires.La distensibilité du thorax et des muscles respiratoires diminue

avec l’âge, ce qui devrait entraîner, pour une ventilation don-née, une augmentation du travail thoracique respiratoire etune réduction de l’ampliation thoracique respiratoire [29].Ceci peut-être illustré par le travail de Pfitzenmeyer et coll.[22] qui montre, qu’entre 77 et 87 ans, les expansions thora-cique supérieure, inférieure et abdominale (mesurées avec unruban de couturière) passent respectivement de 4,9 ± 2,5 à4,4 ± 2,4 de 4,6 ± 3,3 à 2,0 ± 0,9 et de 1,6 ± 1,2 à 0,9 ±1,1 cm dans une population de 65 personnes ambulatoires.

Alors que la distensibilité thoracique diminue, la disten-sibilité pulmonaire augmente [23, 30, 31]. Ce changement despropriétés élastiques du thorax et des poumons a plusieursconséquences. La première est l’augmentation du volume derelaxation thoraco-pulmonaire, c’est-à-dire de la position pourlaquelle les forces élastiques de distension thoracique équili-brent celles de rétraction du poumon. Ce volume de relaxationcorrespond à la capacité résiduelle fonctionnelle au repos quiest par conséquent augmentée. La seconde est la diminutiondu calibre des petites bronches qui, étant relativement com-pliantes, ne sont plus maintenues béantes par les forces élasti-ques de rétraction du parenchyme pulmonaire. Ceci a commeconséquence l’augmentation, linéaire avec l’âge, de la capacitéde fermeture, du volume de fermeture et du volume résiduel[32]. Pour Bode et coll. [33] l’accroissement de la capacité defermeture avec l’âge est entièrement liée à la perte des forces derétraction élastique chez l’homme, chez la femme des modifi-cations des propriétés intrinsèques de voies aériennes seraienten cause. Chez la femme la perte d’élasticité du parenchymeavec l’âge est moindre que chez l’homme, mais les forces derétraction élastique sont plus faibles chez les jeunes femmesque les jeunes hommes. Une étude longitudinale des variationsde compliance avec l’âge a été faite par Colebatch et Ng [34],sur une période de 6 ± 1,8 années. L’augmentation du coeffi-cient K, qui caractérise l’incurvation de la courbe pression-volume, c’est-à-dire la compliance pulmonaire, est fonction dela valeur initiale de K, c’est-à-dire de l’âge du sujet. Autrementdit, plus un sujet est âgé, plus la valeur de K augmente. Pour cesauteurs, la valeur de K est étroitement liée à la valeur de Lm(mean linear intercept) qui donne une estimation de la dimen-sion des sacs alvéolaires. Contrairement à Bode et coll. [33],Colebatch et coll. [34] ainsi que Noseda et coll. [35], ne trou-vent pas de différence entre les courbes pression/volume desfemmes et des hommes à âge et volume pulmonaire identi-ques.

Muscles respiratoires [36]

La diminution de la force des muscles respiratoires, enrapport avec les modifications de structure des muscles sque-lettiques, font que les pressions inspiratoire et expiratoiremaximales diminuent à partir de 50 ans pour Mahler et coll.[37]. La dispersion de ces pressions, pour un âge donné, estimportante. En moyenne, la pression transdiaphragmatiquependant le test de reniflement passe de 136 à 119 cm H2O

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entre 29 et 73 ans [38]. Il est possible que cette discrète dimi-nution soit liée à l’augmentation de la capacité résiduelle fonc-tionnelle avec l’âge comme le suggère le travail de Similowskiet coll. [39] qui ont établi une relation négative très nette entrela réponse diaphragmatique à la stimulation bilatérale du phré-nique et le volume pulmonaire. Le fait que les pressions déve-loppées par le diaphragme change peu avec l’âge est à mettre enrelation avec le fait que ce muscle est, avec le cœur, le seul àavoir une activité continue pendant la vie. L’entraînement ouun simple regain d’activité physique, peut augmenter cesvaleurs de pression. La pression expiratoire maximale peut êtremesurée très simplement pendant l’expiration forcée en faisantla différence entre les débits maximaux périthoraciques mesu-rés par pléthysmographie et à la bouche [40].

Modifications de structure du poumon

vieillissant et propriétés mécaniques

in vitro

Les études de Verbeken et coll. [41, 42], faites sur despoumons isolés, paraissent particulièrement importantes carelles font clairement la distinction entre poumon sénile etemphysème. Les poumons séniles ont une résistance bronchi-que centrale normale, comme cela est constaté in vivo, la résis-tance du parenchyme est légèrement augmentée, ce qui évoqueun changement de structure. L’indice de Tiffeneau est corrélénégativement aux résistances périphériques et positivement àla pression de rétraction élastique, ces deux paramètres étantprobablement dépendants. Les résistances périphériques sontliées au diamètre des bronches périphériques, dont le diamètreest inférieur à 2 mm, et à la densité des bronchioles dans leparenchyme. Dans l’emphysème, l’accroissement des résistan-ces est aussi bien tissulaire, périphérique que centrale. Le tra-vail de Wilson et coll. [43] met en évidence les faibles pressionsnécessaires pour distendre aussi bien les petites voies aériennesque les sacs alvéolaires des poumons séniles ou emphyséma-teux. La différence essentielle entre un poumon emphyséma-teux et un poumon sénile apparaît être la présence d’un hysté-résis considérable chez l’emphysémateux : le poumon et lesbronches distendus par l’inflation ne reviennent pas rapide-ment à leurs positions initiales.

Ces modifications mécaniques in vitro sont très cohéren-tes avec les données in vivo (augmentation de la compliancepulmonaire, du volume de fermeture, du volume résiduel) etincluent la notion de variabilité importante rencontrée dans lesrésultats in vivo [44].

La masse pulmonaire ne semble pas varier avec l’âge [45,46]. Le nombre de sac alvéolaires diminuant avec l’âge, ainsique la densité capillaire, ce maintien de la masse pulmonaire nepeut-être attribué qu’à un épaississement du parenchyme ouplus probablement des parois bronchiques.

Échanges gazeux et vieillissement

Gaz du sang

PaCO2 et pH ne se modifient pas avec l’âge, ce qui met enévidence la remarquable régulation de ces deux grandeurs. Laventilation alvéolaire est donc très bien adaptée à la productionde CO2, c’est-à-dire au métabolisme.

Les variations de PaO2, avec l’âge, sont, par contre, trèsdiversement appréciées. Il est généralement admis [47, 48] quela PaO2 baisse avec l’âge et que la pente de la relation PaO2-âgeest d’autant plus importante que l’âge est élevé. L’étude deSorbini et coll. [47] donne une PaO2 moyenne de 94,2 ±3,3 mmHg (12,6 ± 0,4 kPa) dans un groupe de 38 sujets de30 à 60 ans et de 74,3 ± 4,5 mmHg (9,9 ± 0,6 kPa) dans ungroupe de 24 sujets de 60 à 84 ans, dont 10 de plus de 70 ans.Dans une étude portant sur 74 sujets âgés de plus de 68 ans (69à 104) la PaO2 moyenne trouvée par Guénard et Marthan [49]est de 84 ± 7,5 mmHg (11,2 ± 1,0 kPa). Ces valeurs relative-ment élevées de PaO2 sont en accord avec celles données parConway et coll. [50]. et Mellemgaard [51]. Par contre, lesdonnées de Sorbini et coll. se rapprochent de celles de Knud-son [48] et Redhammer et coll. [52]. Ces discordances sontprobablement liées, d’une part à des problèmes techniques,d’autre part, à la modification de ventilation induite, dans unsens ou dans l’autre, par la ponction artérielle [53]. Si l’on tientcompte de ce dernier facteur, en faisant l’hypothèse que l’hété-rogénéité de la distribution des rapports V~A /Q~ est modérée, laPaO2 moyenne normale du sujet de plus de 68 ans serait de77 ± 7,5 mmHg (10,3 ±± 1 kPa) pour une PaCO2 de41 mmHg (5,5 kPa), et de 84 ± 7,5 mmHg (11,2 ± 1 kPa)pour une PaCO2 de 34,5 mmHg (4,6 kPa). Ces valeurs dePaO2 sont concordantes avec celles rapportées par Delclaux etcoll. [54], comprises entre 79,5 mmHg (10,6 kPa) et85 mmHg (11,3 kPa). Il semble par conséquent que la PaO2

diminue en moyenne jusqu’à environ 70 ans et devienneensuite indépendante de l’âge (fig. 1).

Hétérogénéité de la ventilation et de la perfusion

L’hétérogénéité de la distribution des rapports V~A /Q~ aété mesurée par Wagner et coll. [55] chez quelques sujets de 20à 60 ans. Cette étude met en évidence une augmentation del’hétérogénéité avec l’âge, avec une grande dispersion des résul-tats. Plus récemment Cardus et coll. [56] ont quantifié leshétérogénéités, de la ventilation et de la perfusion chez64 sujets de 18 à 71 ans et montré que les deux augmentaientdiscrètement avec l’âge ainsi que celle des rapports V~A /Q~ .L’hétérogénéité explique effectivement l’hypoxémie constatéeau cours du vieillissement, chez certains sujets, dans la mesureoù le vieillissement s’accompagne de l’apparition de zonespulmonaires perfusées avec des bas rapports V~A /Q~ , néan-moins, comme cela vient d’être vu, l’hypoxémie relative n’estpas une constante chez le sujet très âgé. Cette augmentation

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d’hétérogénéité, lorsqu’elle existe, va de pair avec une augmen-tation de la différence alvéolo-artérielle en O2 avec l’âge.

Guénard et Marthan [49] n’ont pas mis en évidence, chezle sujet âgé de plus de 68 ans, de corrélation entre la différenceartério-alvéolaire des pressions de CO2 (DaACO2) et l’âge, parcontre, 20 sujets sur 74 ont une DaACO2 supérieure à7,5 mmHg (1 kPa) ce qui suggère une augmentation de laventilation dans des zones à haut rapport V~A /Q~ (> 5), venti-lées peu perfusées. Cette différence est peu affectée par la pré-sence de zones à bas rapports V~A /Q~ [57].

Capacité de transfert du CO

La capacité de transfert du CO (TLCO), comme la PaO2,a fait l’objet de travaux contradictoires. Le poumon des per-sonnes âgées serait caractérisé par un élargissement des espacesaériens périphériques (alvéoles et bronchioles terminales) [58].Il en résulterait une diminution de la surface d’échange alvéo-laire et du tissu de soutien, surtout élastique, au niveau desvoies aériennes périphériques donnant ce qui est décrit sous lenom de poumon sénile [59]. Ainsi, Viegi et coll. [60] ont misen évidence un déclin de la TLCO chez les personnes âgées,accéléré en fonction de l’âge indépendamment du sexe, dutabagisme et de la valeur initiale du VEMS. Toutefois, Sherillet coll. [59 ] ont eux montré que les hommes et les nonfumeurs ont des valeurs de TLCO plus élevées que les femmeset les fumeurs. Pour eux la vitesse du déclin de la TLCO,accélérée à l’âge avancé, est en rapport avec la chute du VEMS.Pour Hamer [61] la diminution de la capacité de transfert avecl’âge, qui fait l’accord de tous les travaux récents, n’est pas liéeà la réduction du volume sanguin capillaire pulmonaire (Vc)alors que pour Georges et coll. [62] c’est un facteur essentiel. IIest à noter de plus, dans ce dernier travail, que la réduction deVc devient très nette à partir de 60 ans et que des valeurs de Vcentre 15-20 ml peuvent être prédites à 80-85 ans contre desvaleurs de 60 à 100 ml chez l’adulte jeune. Les mesures précé-dentes ont été faites en apnée. Les mesures de Marthan etGuénard. [49] faites en état stable, donnent des valeurs deTLCO plus basses qu’en apnée. La diminution de TLCO avecl’âge apparaît très nettement, les valeurs les plus basses sont à3,5 ml/min/mmHg. Les valeurs très basses de Vc et de TLCO

citées ci-dessus soulèvent la question du rôle du poumoncomme déterminant de la durée de la vie. Chez les sujets âgés àcœur sain, le débit cardiaque ne se modifie pas [63], la réduc-tion de Vc de 4-5 fois par rapport à l’adulte jeune devraitporter le temps de transit du sang pulmonaire de 800 ms, chezle sujet jeune, à 150-200 ms au repos, chez le sujet âgé. Dansces conditions les possibilités d’adaptation à l’exercice, mêmeminime, sont très faibles. De plus tout facteur de perturbation,pulmonaire (infection) ou métabolique (fièvre), pourrait avoirun rôle très péjoratif sur les échanges gazeux. Butler et Kleiner-man [64] ont effectivement constaté par examen histologiqueune réduction de 15 % de la densité des capillaires pulmonai-res entre 20 et 57 ans. Toutefois, aucune donnée ne semble

disponible pour des personnes plus âgées. La diminutionimportante de Vc après 60 ans, trouvée par Georges et coll.[62], devrait changer la résistance à l’écoulement dans la circu-lation pulmonaire. Effectivement, pendant l’exercice muscu-laire, la pression artérielle pulmonaire moyenne augmente pluschez des sujets de 60-69 ans (de 14 au repos à 30 mmHg) quechez des jeunes (de 12 au repos à 19 mmHg), la pressioncapillaire bloquée passe de 8 au repos à 16 mmHg au lieu de 7au repos à 8,5 mmHg chez le sujet jeune [65].

Adaptations respiratoires

et vieillissement

Réponse à l’hypoxie et l’hypercapnie

Les réponses ventilatoires à l’hypercapnie et à l’hypoxiediminuent chez le sujet âgé du fait de la moindre efficacité de laréponse neuromusculaire respiratoire du sujet âgé [66]. Cettediminution est en effet en relation avec la baisse du VEMS[67]. La réponse ventilatoire au CO2 se fait plus par accroisse-ment de la fréquence que du volume courant contrairement àce qui est observé chez l’adulte jeune [68]. La réponse à l’hyper-capnie en condition d’hypoxie est nettement diminuée [69].

Sommeil

Le sommeil n’entraîne pas d’hypoventilation perma-nente mais la fréquence de la respiration périodique ou desapnées augmente avec l’âge [70, 71]. Berry et Phillips [72]trouvent 30 % de sujets âgés considérés comme sain avec unindex d’apnée - hypopnée supérieur à 5 par heure. Le retentis-sement physiologique de ces perturbations du sommeil n’estpas évident [73] ni même le seuil de 5 comme index [74]. Lespersonnes âgées ayant un syndrome d’apnée du sommeil obs-tructif ont en moyenne une détérioration plus importante dusommeil comparé à des adultes plus jeunes alors que la désatu-ration et l’effort respiratoire pendant les apnées sont moinsimportants [75]. Les personnes âgées faisant des apnées enstade 1 ou 2 de sommeil ont une ventilation à l’état de veilleplus périodique que celles qui ne font pas d’apnée [76].

Activité physique

Comme cela a été vu, la consommation maximale d’O2

diminue avec l’âge, un peu moins vite chez la femme que chezl’homme entre 55 et 85 ans dans l’étude de Cunningham etcoll. [77]. Cette diminution est habituellement attribuée aucœur dont la fréquence maximale et le volume d’éjection dimi-nuent avec l’âge. L’entraînement peut la faire augmenter [78].Par contre, le seuil ventilatoire, puissance d’exercice pourlaquelle la ventilation augmente plus rapidement au coursd’un exercice à puissance croissante, diminue peu avec l’âge[8]. L’entraînement en endurance améliore, comme chez lejeune, la fonction ventilatoire.

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Réactivite bronchique

La réactivité bronchique non spécifique semble globale-ment diminuer entre l’enfance et l’âge adulte [79-81], se sta-biliser à l’âge adulte [82] pour peut être ré-augmenter chezcertaines personnes âgées, présentant des symptômes respira-toires chroniques. En effet, Villar et coll. [14] ont trouvé quel’atopie et l’hyperréactivité bronchique sont des facteurs derisque du déclin fonctionnel rapide chez les personnes âgées.Une concentration élevée des IgE (supérieure à 80 UI/ml) estsignificativement corrélée avec une chute plus rapide duVEMS chez les sujets âgés. Toutefois, l’augmentation de laréactivité non spécifique avec l’âge serait mieux corrélée à lanumération en éosinophiles dans le sang, et non à la concen-tration en IgE [83 ], à la fonction et aux tests cutanés d’allergie[84]. Par contre chez l’asthmatique la réactivité bronchiqueaurait tendance à diminuer avec l’âge alors que le nombre delymphocytes dans le lavage tendrait à augmenter [85]. Laréduction du calibre des bronches avec l’âge tend à augmenterles indices de réactivité, car le moindre stimulus augmentedans ces conditions fortement les résistances à l’écoulement.Par ailleurs, les forces de rétraction élastique diminuant avecl’âge, les bronches sont moins distendues par le parenchyme ets’opposent plus faiblement à la contraction bronchique, l’affi-nité des récepteurs bêta2 adrénergiques diminue ainsi quel’activité de l’adénylyl cyclase [86]. D’autres facteurs devraientréduire cette réactivité ; diminution de la masse des muscleslisses bronchiques [87], réduction des réponses immunes,modification du type de récepteur muscarinique [88]. Lesdonnées épidémiologiques confirment la moindre importancedes phénomènes allergiques chez le sujet âgé [89], la réductionde la prévalence s’accompagne néanmoins d’une surmortalitédans l’asthme.

La fonction ciliaire bronchique semble se dégrader avecl’âge, par ailleurs, la réaction irritative ou tussive à l’inhalationde poussières ou de substances irritantes est diminuée [90].

Détection des charges, dyspnée

La détection des charges ventilatoires, ainsi que la percep-tion du volume pulmonaire, se font qualitativement aussi bienchez le sujet jeune que le sujet âgé, mais il semble que les sujetsâgés perçoivent les changements de volumes plus à partir desforces développées par les muscles respiratoires, qu’à partir desnombreux récepteurs pulmonaires ou musculaires sensibles àla distension. Ceci pourrait expliquer la diminution quantita-tive de la perception du changement de volume ou de la pres-sion intra-thoracique chez le sujet âgé. Par ailleurs, la discrimi-nation entre deux sensations voisines se fait moins bien [91,92].

Cette mauvaise perception est peut-être responsable de laplus grande variabilité des manœuvres d’expiration forcée chezla personne âgée. Le travail de Sherman et coll. portant sur65 personnes de 75 ± 6 ans montre que 8 (12 %) sont incapa-bles de réaliser 3 manœuvres d’expiration forcée. Sur les résul-

tats des 57 restants, 32 % n’arrivent pas à répondre aux critèresde reproductibilité du VEMS et de la CVF de l’ATS [93]. Cesperformances, bonnes ou mauvaises, n’étaient pas liées à l’étatcognitif des sujets [94].

La dyspnée, quelle qu’en soit la cause, résulte d’un conflitentre la demande ventilatoire qui est trop forte comparée auxpossibilités mécaniques de l’ensemble thorax-poumon (com-pliances et résistances thoracique et pulmonaire, muscles res-piratoires etc.). Il semble exister une relation entre la mortalitéet la présence d’une dyspnée chez le sujet âgé, cette dernièreétant reliée à l’activité professionnelle antérieure des individus[95, 96].

Hormones

Chez la femme à la ménopause, la perte des effets stimu-lants de la progestérone entraîne une réduction de la ventila-tion et une élévation discrète de la PaCO2 [97]. L’indexd’apnées nocturnes est nettement plus élevé chez les femmesaprès la ménopause qu’avant [98] mais reste inférieur a celuides hommes [99] soulignant le rôle de facteurs génétiques nonhormonaux liés au sexe [100]. Le vieillissement entraîne defréquentes modifications des fonctions endocriniennes [101]notamment surrénalienne et thyroïdiennes qui peuvent modi-fier la fonction respiratoire. L’augmentation de la sécrétion ducortisol chez la personne âgée serait un déterminant de la « vi-tesse » de vieillissement [102].

Fonctions non respiratoires

Structure biochimique

La matrice intercellulaire pulmonaire est composée dequatre familles de macromolécules : collagène, élastine, pro-téoglycannes, glycoprotéines de structure [103]. Les modifica-tions mécaniques du poumon résultent plus de la réorganisa-tion du collagène et de l’élastine que d’un changementquantitatif de ces composés [104]. Les glycoprotéines de struc-ture assurent en effet l’ancrage et le positionnement des cellulespar rapport au stroma de fibres de collagène et d’élastine, alorsque le renouvellement de la structure est assuré par les protéo-glycannes. Le vieillissement pulmonaire est caractérisé par uneréduction des sécrétions de ces macromolécules alors quel’emphysème réduit de façon considérable la sécrétion d’uneseule de ces macromolécules (acide hyaluronique) [105].

Immunologie

Sur le plan immunologique la réduction de la réponseimmune pulmonaire à une agression localisée est un fait bienconnu [106]. Celle-ci expose l’homme âgé à des infectionspulmonaires dont la gravité est, pour un même agent patho-gène, plus marquée [107]. L’involution thymique, quasi totalevers 50 ans, est probablement le point de départ de l’immuno-déficience du sujet âgé. Bien que la numération des lympho-

H. Guénard, S. Rouatbi

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cytes B et T puisse être normale, les capacités fonctionnellesdes cellules T sont nettement diminuées. L’accord est toutefoisloin d’être fait en ce qui concerne le mécanisme et mêmel’importance de cette réduction fonctionnelle [107, 108].L’infection pulmonaire est néanmoins une cause essentielle demortalité du sujet âgé. La réduction du nombre de lymphocy-tes en réponse à une infection bactérienne paraît être un fac-teur pronostic défavorable [107].

Conclusion

Le vieillissement pulmonaire se manifeste par une dégra-dation globale des fonctions respiratoires et non respiratoiresdu poumon, très variable selon la fonction et l’individu, ce quidoit rendre très prudent dans l’utilisation des normes chez lesujet âgé. Cette dégradation n’est pas inéluctable dans tous sesaspects. L’entraînement physique prudent, adapté à l’âge, per-met d’améliorer les performances respiratoires. Le tableau IIrésume les différentes modifications de la fonction pulmonairedu sujet âgé. Le vieillissement simultané des autres organespeut retentir aussi sur la fonction pulmonaire.

La fonction pulmonaire de l’homme âgé n’est pas seule-ment liée au vieillissement mais aussi, comme pour d’autresfonctions, à l’existence d’autres facteurs de risque dont leseffets se sont accumulées au cours des années.

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Tableau II.Quelques caractéristiques fonctionnelles et tissulaires du vieillissement pulmonaire et leurs liaisons.

Caractéristiques du vieillissement

Fonctionnelle Tissulaire

— Réduction de la capacité vitale, stabilité de la capacitépulmonaire totale.— Augmentation de la complicance pulmonaire— Diminution de la complicance thoracique.

— Modifications de la composition du parenchyme pulmonairesans changement de masse.

— Augmentation du volume de fermeture. — Augmentation de la dimension des sacs alvéolaires.

— Faible diminution de PaO2 (100-0,3 Age) mmHg pour PaCO2 = 40mmHg.— Augmentation de l’hétérogénéité des rapports V~A /Q~ .

— Hétérogénéité des modifications tissulaires.

— Diminution de TLCO liée principalement à celle de Vc. — Réduction de la densité capillaire pulmonaire.

— Réduction de la réponse ventilatoire à l’hypoxie, l’hypercapnie.— Diminution des pressions maximum expiratoire et inspiratoire.

— Réduction des masses musculaires respiratoires.

— Infection pulmonaire fréquente. — Diminution de la clairance mucociliaire.— Immunodépression.

— Diminution de la réactivité bronchique. — Diminution de la masse de muscle lisse. Changement de type derécepteur muscarinique.

Aspects physiologiques du vieillissement respiratoire

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