Background : This study aimed to implement low-frequency forced oscillation technique (LFFOT) in neonatal total liquid ventilation (TLV) and to provide the first insight into respiratory impedance under this new modality of ventilation. Method. Thirteen newborn lambs weighing 2.5 « 0.4 kg (mean « SD) were premedicated, intubated, anesthetized, and then placed under TLV using a specially-design liquid ventilator and a perfluorocarbon. The respiratory mechanics measurements protocol was started immediately after TLV initiation. Three blocks of measurements were first performed: one during initial respiratory system adaptation to TLV, followed by two others series during steady state conditions. Lambs were then divided into two groups prior to undergoing another three blocks of measurements: the first group received a 10-min i v infusion of salbutamol (1.5 [micro]g/kg/min) after continuous infusion of methacholine (9 [micro]g/kg/min) while the second group of lambs were chest-strapped. Respiratory impedance was measured using serial single-frequency tests at frequencies ranging between 0.05-2 Hz and then fitted with a constant-phase model. 0.2 Hz harmonic test signals were also launched every ten minutes throughout the measurement protocol. Results. Airway resistance and inertance were starkly increased in TLV compared to gas ventilation with a resonant frequency [less than or equal to] 1.2 Hz. 0.2 Hz resistance and reactance were sensitive to bronchoconstriction and dilation as well as during compliance reduction. Conclusions. We report successful implementation of LFFOT to neonatal total liquid ventilation and present the first insight into respiratory impedance under this new modality of ventilation. We show that LFFOT is an effective tool to track respiratory mechanics under TLV.

Les patients atteints de BPCO de stade I, d'ICC et d'HTAP peuvent présenter une diminution des débits aériens à bas volume pulmonaire. Il s'agit d'un déterminant majeur de la distension thoracique dynamique, particulièrement délétère, et facteur important de la dyspnée d'exercice. Nos travaux montrent sans ambiguïté une forte association entre la distension thoracique dynamique (limitant l'augmentation du volume courant) et la dyspnée à l'effort chez ces patients. Le corollaire de ces constatations est que des interventions thérapeutiques qui réduisent la distension thoracique devraient diminuer la dyspnée d'effort et améliorer la tolérance à l'exercice, et ce y compris dans des situations cliniques où les anomalies de la mécanique respiratoire ne sont a priori pas le primum movens de la maladie. Et en effet, la réduction de la dyspnée d'effort est bien corrélée avec la réduction du volume pulmonaire induite directement par des interventions pharmacologiques ou indirectement par des interventions non-pharmacologiques. De plus, du point de vue thérapeutique, la mise en évidence dans la troisième étude d'une propension à la distension thoracique induite par l'exercice chez certains patients atteints d'HTAP qui présentent une nette diminution des débits aériens à bas volume pulmonaire peut elle fournir une base théorique à l'adjonction de bronchodilatateurs aux traitements à visée hémodynamique. En conclusion, cette thèse contribue à une meilleure connaissance de la physiopathologie de la dyspnée d'exercice dans le contexte de la BPCO à un stade précoce, de l'ICC et de l'HTAP, en mettant en évidence le rôle d'un mécanisme pathogénétique qui n'avait pas été décrit auparavant.

La respiration est un phénomène vital qui implique une synergie entre diverses structures anatomiques qui constituent le thorax. La physiologie articulaire reste un parent pauvre de la physiologie et la littérature concernant la quantification de la cinématique 3D des articulations du thorax durant le mouvement respiratoire est rare. Ce travail se concentre sur le développement et l'application d'une méthodologie permettant de répondre à cet objectif. La méthode développée combine le traitement de données tomodensitométriques réalisées à trois volumes pulmonaires différents et des techniques d'infographies. Les amplitudes (ROMs) et axes de mouvements (axe hélicoïdaux moyen, AHMs) ont été obtenus au niveau des articulations costo-vertébrales de 12 sujets asymptomatiques. En résumé, les amplitudes diminuent graduellement dans les étages inférieurs ; le volume pulmonaire et l'étage costal influencent significativement les amplitudes costales ; l'orientation des AHMs ne diffère pas entre les étages costaux. En complément, la méthode a été appliquée pour un échantillon de 10 patients atteints de mucoviscidose. La condition pathologique influençait significativement les amplitudes de mouvements mais pas l'orientation des AHMs. Enfin, le déplacement sternal, les variations de l'angle sternal et la cinématique des articulations sternocostales a été analysée. Les déplacements angulaires des côtes par rapport au sternum diminuaient dans les étages inférieurs comme au niveau des articulations costo-vertébrales. L'orientation des AHMs des articulations sternocostales ne différait pas entre les étages. Une corrélation linéaire a été mise en évidence entre les déplacements verticaux du sternum et les amplitudes de mouvement costales au niveau costo-vertébral et sternocostal. Ce travail contribue de façon substantielle à la modélisation 3D du thorax humain durant le mouvement respiratoire d'un point de vue qualitatif et quantitatif / Breathing is a vital phenomenon that implies synergy of various anatomical structures that constitute the thorax. Joint physiology remains a relatively poorly-known component of the overall thorax physiology. Quantitative literature related to in vivo thorax kinematics during breathing is scarce. The present work focuses specifically on developing and applying a methodology to reach this goal. The developed method combined processing of CT data obtained at different lung volumes and infographic techniques. Detailed ranges of motion (ROMs) and axes of movement (mean helical axes, MHAs) were obtained at costovertebral joints in 12 asymptomatic subjects; rib ROMs gradually decrease with increasing rib number; lung volume and rib level have a significant influence on rib ROM; MHAs did not differ between rib levels. In addition, the method was applied on a sample of 10 patients with cystic fibrosis. The pathological condition significantly influenced CVJ ROMs while the orientation of the MHAs did not differ. Finally, the sternal displacement, sternal angle variations and sternocostal joints (SCJ at rib1 to 7) kinematics during breathing motion were analyzed. Rib ranges of motion relative to sternum decreased with increasing rib number similarly to CVJ. Orientation of the MHAs did not differ between SCJ levels. A significant linear correlation was demonstrated between sternum vertical displacement and rib ranges of motion at both CVJ and SCJ. The present work substantially contributes to 3D modelling of human thorax in breathing at a joint level both qualitatively and quantitatively

Chez l’enfant, l’insuffisance respiratoire aiguë est responsable de la majeure partie des admissions en soins intensifs. La population pédiatrique étant marquée par une grande hétérogénéité en termes d’âge, de pathologie respiratoire et de maturation pulmonaire, une individualisation de la prise en charge thérapeutique est indispensable. Dans ce contexte, différents outils sont disponibles pour évaluer de manière plus objective le travail respiratoire du patient en insuffisance respiratoire aiguë. Objectifs - Le principal objectif de la thèse est d’évaluer l’intérêt diagnostique et thérapeutique de la mesure du travail respiratoire dans l’insuffisance respiratoire aiguë hypercapnique de l’enfant.Méthodes - Trois principaux outils d’évaluation du travail respiratoire ont été utilisés dans nos travaux : la mesure des pressions œsogastriques, la mesure de l’activité électrique du diaphragme et la mesure de la consommation en oxygène par la calorimétrie.Résultats - Nous avons pu mettre en évidence les intérêts de ces outils de mesure aux différents stades d’évolution de la maladie : (i) à la phase initiale pour indiquer l’initiation d’une ventilation non invasive et pour optimiser ces réglages ; (ii) à la phase d’évolution de la maladie pour évaluer l’interaction patient-ventilateur ; (iii) à la phase de sevrage ventilatoire pour détecter précocement une augmentation du travail respiratoire.Conclusion - Tout au long du processus évolutif de la maladie, la surveillance objective du travail respiratoire peut aider à comprendre les mécanismes de la maladie pulmonaire, optimiser les réglages de l’assistance respiratoire, et adapter les interventions thérapeutiques. / Acute respiratory failure is the leading cause of hospital admissions in the pediatric intensive care unit and is associated with significant morbidity and mortality. Since the pediatric population is characterized by a great heterogeneity in terms of age and respiratory pathology, individualization of therapeutic management is essential. Different minimally invasive methods have been described to assess the patient's work of breathing in acute respiratory failure.Objectives - The main objective of the project was to assess the diagnostic and therapeutic contribution of the measurement of the work of breathing in children with acute hypercapnic respiratory failure.Methods - We used in the present work three tools to assess the work of breathing: oesogastric pressures, electrical activity of the diaphragm monitoring and oxygen consumption measurements.Results - We highlighted how these different methods are valuable during the ICU stay: (i) in the early phase of the disease to initiate or withdraw noninvasive ventilation and to optimize its settings; (ii) in the recovery phase to evaluate the patient-ventilator interaction; (iii) during the weaning process to early detect an increase in work of breathing.Conclusion - Throughout the disease process, the work of breathing assessment can be useful to enhance our understanding of the pathophysiology of lung disease, to optimize mechanical ventilation settings and adapt therapeutic interventions.