Transcript Sommeil et Respiration. Pr Xavier Drouot - Re.Ve.S en Po-Ch

Sommeil et respiration
X. Drouot
Service de Physiologie respiratoire
&
Service de Neurophysiologie (Pr Paquereau)
Centre du Sommeil
CHU de Poitiers
Les grandes fonctions physiologiques
durant le sommeil
• Cerveau
• Cœur
• Respiration
• Rein, système immunitaire…
2
Rappel: contrôle neurologique de la respiration
Rappel: contrôle neurologique de la respiration
Rappel: contrôle neurologique de la respiration
D’après P. Escourrou
Système ventilatoire
Fonctionnement à l’éveil
Boucle fermée: commande
effecteur
capteurs
• Ventilation réalisée à un coût minimum pour une régulation précise de PO2 et PCO2
• Gain du contrôle élevé et fixe
• Distribution homogène et synchronisée des influx moteurs
vers la pompe ventilatoire et
les muscles des VAS
D’après P. Escourrou
• Production d’interleukines
• Humeur
• Division cellulaire
• Tension artérielle
• Performances cognitives
• ...
Le sommeil normal
Veille
Sommeil léger
Sommeil profond
Sommeil REM
Organisation des cycles du sommeil
10
Fragmentation du sommeil
11
Toutes les physiologies sont modifiées en
fonction de l’état de vigilance
R. Horner Lung Biology in Health and Disease 2000;146:113-133
Sommeil et respiration
1. Centres respiratoires du Tronc cérébral
2. Contrôle de la ventilation
3. Respiration normale au cours du sommeil
centres respiratoires du tronc cérébral
RESEAU RESPIRATOIRE PONTO-BULBAIRE
EVEIL / SOMMEIL
Oscillateur
Générateur
(Rythme – amplitude)
Chémorécepteurs
inhibition par
Hypocapnie
Hyperoxie
Oscillateur-générateur conditionnel
VENTILATION
Stimuli: O2,CO2
Centres respiratoires
(Rat, vue dorsale)
Afférences et efférences
des groupes respiratoires bulbaires
INFLUENCE DE L’ÉTAT DE VEILLE SOMMEIL SUR LA COMMANDE CENTRALE
Variation de l’activité tonique et phasique
du motoneurone et activité résultante
Modifications de la commande respiratoire centrale
au cours du sommeil
SOMMEIL LENT
SOMMEIL PARADOXAL
– ↓ activité centres resp bulbaires
– ↓ afférences toniques venant de:
• Formation réticulée
• Contrôle comportemental
• Noyaux monoaminergiques (5HT, NA)
– Maintien de l’activité phasique
– Grande variabilité de la respiration
– ↑ ↑ activité phasique centres resp bulbaires
(SPphasique)
– ↓↓ activité tonique des motoneurones respiratoires
– Arrêt de l’activité 5-HT
Sommeil et respiration
1. Centres respiratoires du Tronc cérébral
2. Contrôle de la ventilation
3. Respiration normale au cours du sommeil
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorecepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
Réponse à l ’hypoxie au cours du sommeil
Sensibilité à l'hypoxie
pendant le sommeil
Sensibilité à l'hypercapnie
pendant le sommeil
Effet de l’hyperventilation
pendant le sommeil
Skatrub, JAP, 1983
Diminution de la réponse ventilatoire
à l’hypoxie et à l’hypercapnie
Mécanismes ?
• Diminution de la sensibilité des centres respiratoires ?
•
Augmentation de la charge respiratoire ?
PCO2 au cours du sommeil après
normalisation des résistances respiratoires par VNPP
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Emotions
température
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Cardio vasculaire
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
?
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
Voies aériennes supérieures
Pression
à la bouche
Pression
alvéolaire
Calibre et forme des VAS
Voies Aériennes Supérieures
R=ΔP / débit
Weese et al., J Applied Physiol 1988
Resistance Voies Aériennes Supérieures
pendant le sommeil
Augmentation segment sup
(masque épiglotte)
Pas de modification segment inf
(larynx-poumon)
D’après P. Escourrou
Resistance totale du système respiratoire
pendant le sommeil
Lopes et al., J Applied Physiol 1983
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Resistance VAS et pulmonaire totale
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Resistance VAS et pulmonaire totale
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
? Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
Activité musculaire des muscles dilatateurs
pendant le sommeil
ex du genio-glosse
Sauerland et al., Exp Neurol 1976
Activité musculaire des muscles dilatateurs
pendant le sommeil
ex du genio-hyoïde
L’activité tonique du geniohyoïde diminue au cours du sommeil
L’activité phasique ne change pas pendant le sommeil lent et SP tonique
L’activité musculaire du diaphragme
augmente au cours du sommeil
Activité des différents muscles respiratoires
au cours du sommeil
Tabachnick et al., J appl. Physiol 1981
Activité EMG phasique des muscles respiratoires
en sommeil lent et en sommeil paradoxal
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Resistance VAS et pulmonaire totale
Activité EMG en SL et
en SP
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
sommeil
?
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Resistance VAS et pulmonaire totale
Activité EMG en SL et
en SP
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
Reflexe pharyngé (genio-glosse) à une dépression
(éveil)
Horner et al., J . Physiol 1991
Reflexe pharyngé (genio-glosse) à une dépression
(éveil- sommeil)
sommeil
Exercice
phonation
Mécanorécepteurs
Motoneurones
De la pompe
(moelle épinière)
Muscle de la pompe
(diaphragme, intercostaux,
abdominaux)
Emotions
température
Cardio vasculaire
Oscillateur
Chémorécepteurs
Générateur
(Rythme – amplitude)
Motoneurones
de résistance
(nerfs crâniens)
Resistance VAS et pulmonaire totale
Activité EMG en SL et
en SP
Muscles des voies aériennes
(Larynx pharynx)
Ventilation
PO2
PCO2
pH
D’après Escourrou
Sommeil et respiration
1. Centres respiratoires du Tronc cérébral
2. Contrôle de la ventilation
3. Respiration normale au cours du sommeil
Ventilation à l’endormissement
VE
Litre/min
VT
Litre
Colrain et al., J . Physiol 1987
Ventilation minute
Volume courant
Fréquence respiratoire
CRF au cours du sommeil
Métabolisme au cours du sommeil
Métabolisme au cours du sommeil
Variations de la PCO2
dans les stades du sommeil
Variations de la ventilation
au cours du sommeil
Ventilation à l’endormissement
Ventilation instable « périodique »
EVEIL
STADE 1
EVEIL
STADE 1
40
PCO2
36
40 à 80% des sujets sains
Surtout chez les sujets qui présente une une réponse
ventilatoire à l’hypercapnie élevée (= plus haut gain)
(Chapman 1988)
Effet du niveau de gain sur la réponse
d’un système régulé en boucle
Effet du niveau de gain sur la réponse
ventilatoire
Respiration périodique:
Exemple de l’insuffisance cardiaque
Respiration périodique: mécanismes
Ou micro éveil
Ou micro éveil
Ventilation minute
Volume courant
Fréquence respiratoire
Ventilation au cours du sommeil paradoxal
Pendant le sommeil:
Le maintien de l’homéostasie est compromis:
• Le sommeil diminue la stimulation des neurones respiratoires par les centres supérieurs
(diminution activité phrénique et hypoglosse)
• Les réponses à l’hyercapnie/hypoxie sont diminuées et
un seuil apnéique très sensible au CO2 est démasqué
La compensation ventilatoire à une charge mécanique est perdue et
il y a diminution des mécanisme protecteurs de l’ouverture des VAS
collapsus
hypercapnie
possibles
En résumé:
Modification de la ventilation avec le sommeil
• Diminution de 5 à 15% de la ventilation externe
• Hypoventilation alvéolaire
- Augmentation de PCO2 (2-6 mmHg)
-Baisse de SaO2 (1-2%) malgré baisse de VO2 et VCO2 (8-10%)
• Ventilation irrégulière en stade 1-2 (périodique) et en SP (phasique)
• Stade 3-4 (N3) ventilation très régulière : baisse de VT (10%), FR inchangée.
• Diminution calibre des VAS: augmentation des résistances, plus collabable en SP
En résumé:
Modification de la ventilation avec le sommeil
Eveil
• Reflexes chimiques et mécaniques:
réponses efficaces
• Activité du diaphragme et des muscle VAS: élevée
•Hématose : normoxémie et normocapnie
maintenues
•Seuil apnéique: PCO2 basse
Sommeil
• Protections (gains) diminués
• Activité tonique et phasique diminuée
• Hypoventilation prolongée
• Instabilité ventilatoire : seuil apnéique àPCO2 élevée
• Activité du diaphragme et des muscle VAS: élevée
• Hématose : normoxémie et normocapnie maintenues
• Seuil apnéique: PCO2 basse