Boris Jung

D Gleeton

A Daurat

M Conseil

M Mahul

G Rao

Stefan Matecki

Alain Lacampagne

Samir Jaber
email: jaber@chu-montpellier.fr

B Junga ' B

A Daurata

G Raoa

S Mateckib

A Lacampagneb

S Jabera

Consequences of mechanical ventilation on diaphragmatic function]

Keywords: mécanique, Diaphragme, Sevrage, Insuffisance respiratoire aiguë, Stress oxydant Mechanical ventilation, Diaphragm, Weaning, Acute respiratory failure, Oxidative stress

Introduction

. Elle peut être réa- lisée à l ' aide d ' une interface invasive (sonde d ' intubation ou canule de trachéotomie) ou non invasive à l ' aide d'un masque ou d ' un casque. La ventilation mécanique peut être réalisée sans la participation des muscles respiratoires des patients, elle est dite alors « contrôlée » ou avec l ' aide des muscles respiratoires des patients qui conservent une acti- vité musculaire, elle est dite alors « assistée ». Alors que la ventilation mécanique est indispensable chez les patients les plus critiques, elle est associée à des complications iatrogènes, en particulier des lésions pulmonaires induites communément appelées VILI pour ventilator-induced lung injury [START_REF] Slutsky | Ventilator-induced lung injury[END_REF],

Depuis près de 20 ans à partir de modèles animaux [3] et maintenant depuis quelques années chez l ' homme [4,5], il a été suggéré que la ventilation mécanique pouvait également altérer la fonction du diaphragme qui est le principal muscle respiratoire. D ' autres causes de dysfonction et d ' altération morphologique des muscles striés squelettiques existent et sont nombreuses en réanimation [6], car les patients cri- tiques sont à haut risque de myopathie médicamenteuse (curares, aminoglycosides, benzodiazépines, linézolide), de myopathie métabolique ( excitation-contraction entre la myosine et l ' actine se déroule, il est nécessaire de libérer du calcium depuis le réticulum sarcoplasmique qui constitue la réserve intracellulaire de calcium du muscle. Cette libération est secondaire à l ' activation d ' un canal calcique voltage dépendant (le récepteur aux dihydropiridines), puis du canal calcique du réticulum sarcoplasmique via le récepteur de la ryanodine de type 1 pour le diaphragme. Lors de la relaxation musculaire, le calcium est pompé depuis le cytosol vers le réticulum sarcoplasmique par des pompes calcium-ATPases. La contraction est consommatrice d ' énergie sous forme d ' ATP qui peut provenir de la phos- phorylation oxydative impliquant les mitochondries ou un mécanisme glycolytique rapide, cytosolique. Le mécanisme du couplage excitation-contraction est représenté sur la Fig. 1.

• Au cours de la DDIV, il semble exister de façon précoce une dysfonction des récepteurs de la ryanodine de type 1, avec fuite continue de calcium du réticulum sarcoplasmique vers le cytosol pouvant participer à la dysfonction contractile.

Le diaphragme est caractérisé par une contraction rythmique, sous une double commande volontaire et involontaire, permettant la ventilation. Il est composé majoritairement de fibres musculaires de type 1 (fibres à contraction lente, blanches, oxydatives, peu fatigables) et en minorité de fibres musculaires de type 2 (fibres à contrac- tion rapide, rouges, glycolytiques, fatigables). Comme pour tous les muscles striés, il existe une relation entre la force développée et la longueur des fibres musculaires. Cette relation participe à la diminution de la force contractile du diaphragme lorsque celui-ci est refoulé vers le bas (distension thoracique du patient emphysémateux, altération de la musculature abdominale avec distension). En effet, lorsque le muscle est étiré (distension thoracique ou abdo- minale) au-delà de la longueur optimale, définie par le niveau d ' étirement lui permettant de développer une force maximale, la force générée est diminuée. Il en est de même lorsque la longueur des fibres est diminuée en dessous de la longueur optimale.

• Le diaphragme est constitué majoritairement de fibres musculaires de type 1 (fibres à contraction lente, blanches, oxydatives, peu fatigables).

• Un étirement du diaphragme au-delà de la longueur optimale pour le couplage excitation-contraction, diminue la force qu ' il peut générer.

Physiologie de la synapse neuromusculaire

Au niveau cellulaire, le potentiel d'action déclenche une libération d'acétylcholine dans la fente synaptique de la jonction neuromusculaire permettant une ouver- ture de canaux sodium voltage-dépendants au niveau du sarcoplasme générant ainsi un potentiel d ' action. Ce potentiel d ' action se propage à la surface de la fibre musculaire dans les deux directions vers les extrémi- tés de la fibre musculaire, la jonction neuromusculaire étant située au centre de la fibre. Pour que le couplage induite par la ventilation

• Une pression trachéale à la sortie de la sonde d'intubation de moins de 11 cmH 20 après stimulation phrénique bilatérale à l ' aide d ' une stimulation magnétique transcutanée et d ' intensité supramaximale reflète une dysfonction diaphragmatique.

Rappels d'anatomie et de physiologie de la contraction musculaire

Anatomie

Conséquences physiopathologiques de la ventilation mécanique sur le diaphragme

Les premières observations humaines de DDIV ont été rap- portées, il y a plus de 25 ans par une équipe de réanimation pédiatrique [START_REF] Knisely | Abnormalities of diaphragmatic muscle in neonates with ventilated lungs[END_REF]. À partir de nécropsies, les auteurs avaient comparé les diaphragmes de nouveau-nés ayant été ventilés pendant une courte durée (moins de 7 jours) par rapport à des nouveau-nés qui avait été ventilés pendant plus de 7 jours et rapportaient une amyotrophie marquée dans le deuxième groupe. Dans les années 1990 et 2000, plusieurs modèles animaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes concou- rant à l ' amyotrophie et à la perte de contractilité du diaphragme après la ventilation mécanique. Plusieurs revues récentes de la littérature ont décrit en détail ces méca- nismes [START_REF] Powers | Ventilator-induced diaphragm dysfunction: cause and effect[END_REF][START_REF] Jaber | Clinical review: ventilatorinduced diaphragmatic dysfunction -human studies confirm animal model findings![END_REF][START_REF] Petrof | Ventilator-induced diaphragmatic dysfunction[END_REF]. Il faut cependant remarquer que le primum movens menant à la DDIV est encore à ce jour incertain et fait l ' objet de recherches expérimentales intensives, afin de développer une stratégie de prévention et de traite- ment adéquats. La Fig. 2 résume les principales données actualisées des mécanismes physiopathologiques impliqués dans la DDIV. Un des points-clés est l ' absence d ' atteinte des muscles périphériques dans tous les modèles animaux de VIDD, montrant ainsi que l ' inactivité musculaire au cours de l ' anesthésie générale qui accompagne la ventilation méca-

Effets membranaires de la ventilation mécanique

La ventilation mécanique est associée à un déséquilibre de la protéosynthèse dont l'un des points de départ principaux pourrait être l ' inactivation du récepteur à l' insuline growth Le potentiel d'action membranaire se propage le long du tubule transverse et va déclencher la sortie de calcium du réticulum sarcoplasmique via l'activation de récepteur aux dihydropiridines (R-DHP) et l'ouverture des récepteurs de la ryanodine de type 1 (RyR1 ). L'augmentation de la concentration de calcium dans le cytosol permet sa liaison avec la troponine C, le couplage actine-myosine et la contraction musculaire. La contraction nécessite de l'ATP provenant principalement de la phosphorylation oxydative qui a lieu dans la mitochondrie. Lors de la relaxation musculaire, le calcium est recapté du cytosol vers le réticulum sarcoplasmique par des pompes ATP dépendantes (SERCA). ADP : adénosine di-phosphate ; ATP : adénosine triphosphate ; R-DHP: récepteur aux dihydropiridines; RyR1 : récepteur à la ryanodine de type 1 ; SERCA : calcium transport ATPase du réticulum sarcoendoplasmique ; Tubule T: tubule transverse.

factor de type 1 (IGF-1) [17], impliqué comme facteur de croissance dans la voie de synthèse protéique AKT-mTOR (Fig. 2). La conséquence de l ' absence de stimulation du récepteur à l ' IGF-1 est l ' absence de phosphorylation d'AKT et in fine l ' activation d ' un facteur transcriptionnel Foxo qui, étant transloqué dans le noyau va permettre la transcription des gènes de MuRF-1 et d'Atrogin-1. MuRF-1 et Atrogin-1 sont des ubiquitine ligases du protéasome qui vont partici- per à la protéolyse exagérée du diaphragme au cours de la ventilation mécanique [18].

La ventilation mécanique est également associée à une stimulation des Toll -like récepteurs de type 4 (TLR4), récep- teurs normalement impliqués dans la réponse de l ' hôte aux pathogènes [START_REF] Akira | Toll-like receptor signaling[END_REF]. Schellekens et al. ont démontré que des souris déficientes (knock-out) pour le gène codant TLR4 étaient protégées de la DDIV après 8 h de ventilation méca- nique [START_REF] Schellekens | Toll-like receptor 4 signaling in ventilatorinduced diaphragm atrophy[END_REF]. Dans le groupe de souris sauvages (wild type ) , la ventilation mécanique était associée à une augmentation des cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et keratinocyte- derived chemokine, KC) au sein du diaphragme. Dans cette étude, le(s) ligand(s) liant les TLR4 en réponse à la ventilation mécanique n'étaient pas identifiés.

• La ventilation mécanique déséquilibre le métabolisme protéique du diaphragme, avec protéolyse excessive.

• Un déficit du gène codant les récepteurs Toll-like de type 4 (TLR4) semble protéger de la DDIV induite par la ventilation mécanique chez la souris, alors que la ventilation mécanique chez les souris sauvages induit une augmentation diaphragmatique des cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et keratinocyte-derived chemokine ).

Anomalies mitochondriales

La ventilation mécanique est associée à plusieurs modifi- cations structurales et phénotypiques mitochondriales. Si la mitochondrie est une organelle essentielle dans la ges- tion des ressources énergétiques cellulaires en étant le site central de la phosphorylation oxydative, la mitochondrie intervient également dans l ' équilibre redox cellulaire et les voies de mort cellulaires (autophagie et apoptose). Les pro- téines mitochondriales sont issues de la transcription de gènes nucléaires mais également de gènes mitochondriaux pouvant être le siège de mutations [START_REF] Bayir | Bench-to-bedside review: mitochondrial injury, oxidative stress and apoptosis-there is nothing more practical than a good theory[END_REF],

Il a été montré que l ' injection prophylactique d ' un antioxydant mitochondrial spécifique (SS-31) permettait de prévenir la DDIV sur un modèle de rat ventilé [22]. Nous avons récemment rapporté que des souris transgéniques surexprimant le gène peroxiredoxin-3 (un antioxydant mito- chondrial spécifique) étaient également protégées de la

• L'élément déclenchant l ' atteinte diaphragmatique au cours de la ventilation mécanique reste inconnu, mais un des points importants est l ' absence d ' atteinte des muscles périphériques au cours de la DDIV.

Caspase 8

Figure 2. Conséquences de la ventilation mécanique sur la cellule musculaire squelettique à partir des données animales. La ventilation mécanique contrôlée est associée à une inactivité diaphragmatique qui inhibe la voie de protéosynthèse IGF-1-FOXO-AKT. L'immobilité diaphragmatique est associée à une absence de phosphorylation de AKT et de FOXO permettant à FOXO d ' être transloqué dans le noyau stimulant la transcription de gènes comme Atrogin-1 et MURF-1 qui sont des ligases du protéasome. L ' absence de phosphorylation de AKT inhibe mTOR diminuant la transcription de gènes de synthèse des protéines musculaires. La ventilation mécanique est également associée à une surcharge métabolique mitochondriale stimulant l ' apparition de mutations de l'ADN mitochondrial , la libération de cytochrome C dans le cytosol, la génération de radicaux libres et inhibant la biogenèse mitochondriale. L'excès d'espèces radicalaires va activer les enzymes protéolytiques de la famille des calpaïnes et la caspase-3 qui vont préparer la protéolyse par le protéasome. Le relargage de cytochrome C dans le cytosol est un stimulus puissant de la caspase-8 à l ' origine de l ' apoptose des cellules musculaires. La ventilation mécanique stimule également le récepteur membranaire Toll-like de type 4 permettant la dissociation du complexe NFKB vial ' activation d ' un système de second messager intracellulaire mettant en jeu MyD88. La translocation dans le noyau des sous-unités actives (p50 et p65) va initier la transcription de gènes codant pour des cytokines pro-inflammatoires (IL-6, KC) participant également à l ' atrophie et la dysfonction musculaire. Des pistes thérapeutiques sont présentées dans les étoiles vertes et bleues à partir des études animales. Ainsi, le maintien de cycles de ventilation spontanée pourrait permettre de conserver une activité de biosynthèse via l ' activation du récepteur à l ' IGF-1 et l ' activation de mTOR [START_REF] Futier | Pressure support ventilation attenuates ventilator-induced protein modifications in the diaphragm[END_REF][START_REF] Jung | Adaptive support ventilation prevents ventilator-induced diaphragmatic dysfunction in piglet: an in vivo and in vitro study[END_REF][START_REF] Gayan-Ramirez | Intermittent spontaneous breathingprotects the rat diaphragm from mechanical ventilation effects[END_REF], L ' utilisation d'antioxidants spécifiques de la mitochondrie (SS-31) [22] ou ubiquitaire (N-acétylcystéine) a également été suggérée [START_REF] Agten | N-acetylcysteine protects the rat diaphragm from the decreased contractility associated with controlled mechanical ventilation[END_REF]. L ' administration d ' inhibiteur du protéasome pourrait limiter la protéolyse mais est associée à des effets indésirables potentiellement majeurs [START_REF] Agten | Bortezomib partially protects the rat diaphragm from ventilator-induced diaphragm dysfunction[END_REF]. AKT : protéine kinase B ; Foxo : forkhead box O ; IGF1-R : récepteur de l' insuline growth factor de type 1; IL-6: interleukine 6; KC : keratinocyte-derived chemokine ; MV: ventilation mécanique; MyD88 : myeloid differentiation primary response gene 88 ; mTOR : mamalian target of rapamycin ; NADPH : nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase; Pi3 K : phospho-inositol triphosphate kinase ; p7056 K : ribosomal 56 kinase ; TLR4: toll-like récepteur 4.

DDIV après 6 h de ventilation mécanique [23]. À l'inverse, l'utilisation d'antioxydants spécifiques du cytosol n'ont pas permis de prévenir la survenue de la DDIV [START_REF] Mcclung | Antioxidant administration attenuates mechanical ventilation-induced rat diaphragm muscle atrophy independent of protein kinase B (PKB Akt) signaling[END_REF]. Ces argu- ments plaident en faveur d'un rôle précoce voire initiateur de la mitochondrie dans la genèse de la DDIV. Il a également été rapporté que la ventilation méca- nique était associée à une instabilité de la membrane mitochondriale, une augmentation de la perméabilité au calcium, une diminution des capacités antioxydantes et une altération de la chaîne respiratoire mitochondriale [24] exposant au risque de rupture de la membrane mitochon- driale et à la libération de cytochrome C dans le cytosol, initiant la voie intrinsèque de l'apoptose [25]. À partir d'un modèle de rat, il a été rapporté une augmenta- tion de la mitophagie, auto-cannibalisme cellulaire où les lysosomes entourent et détruisent les mitochondries altérées [START_REF] Tang | Diaphragm muscle atrophy in the mouse after long-term mechanical ventilation: mouse diaphragm atrophy[END_REF][START_REF] Hussain | Mechanical ventilation-induced diaphragm disuse in humans triggers autophagy[END_REF].

Le trigger à l'origine de la dysfonction mitochondriale n'est pas clairement connu bien qu'une étude récente réalisé chez l'homme et sur un modèle murin suggère l'hypothèse d'une surcharge métabolique mitochondriale [START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF]. Cette étude souligne que le diaphragme des patients ventilés est en situation de déséquilibre énergétique généré par l'absence de contraction et donc d'utilisation de l'énergie alors que l'apport énergétique est constant. Cette situation va favoriser la génération d'acides gras libres alors que la chaîne respiratoire et la phosphorylation oxydative (dont le cycle de Krebs) sont au repos, faute d'activité musculaire. Ainsi, il existerait alors une surcharge en radi- caux libres aboutissant in fine à la lyse et/ou autophagie de la mitochondrie. Dans le même continuum, l ' inhibition pharmacologique de la lipoprotéine lipase chez des souris exposant à une augmentation supraphysiologique des triglycérides et des acides gras libres circulants potentialisait la DDIV [START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF]. Enfin, il a été rapporté chez l ' homme des muta- tions de l ' ADN mitochondrial en rapport avec la durée de ventilation mécanique contrôlée, les mutations étant plus fréquentes chez les sujets âgés [23].

Toutes ces données font écho aux études cliniques publiées récemment montrant l ' effet potentiellement délé- tère sur le muscle strié squelettique de la nutrition parentérale précoce chez le patient critique en défaillance multiviscérale [28].

Réticulum sarcoplasmique

Le récepteur de la ryanodine de type 1 sol aboutissant à une perte de force contractile dont les mécanismes restent encore à évaluer [29-32]. Nous avons récemment montré pour la première fois une altération précoce après seulement 6 h de ventilation mécanique des capacités contractiles du muscle diaphragmatique sur un modèle de souris [15]. L ' hypothèse d ' une atteinte précoce du RyR1 aboutissant à une dysfonction mitochondriale est avancée d ' autant que la stabilisation pharmacologique du RyR1 évitant la fuite continue de calcium vers le cytosol semble prévenir la DDIV chez l ' animal [9].

Lysosomes

La ventilation mécanique est associée à une augmenta- tion des marqueurs de macro-autophagie et de mitophagie, « auto-cannibalisme » des organelles altérés [START_REF] Tang | Diaphragm muscle atrophy in the mouse after long-term mechanical ventilation: mouse diaphragm atrophy[END_REF][START_REF] Hussain | Mechanical ventilation-induced diaphragm disuse in humans triggers autophagy[END_REF],

Protéolyse

Plusieurs études animales et humaines concourent à démon- trer qu ' il existe un déséquilibre entre synthèse protéique et protéolyse diaphragmatique au cours de la ventilation mécanique. Ainsi, stress-oxydant cytosolique et mitochon- drial, inactivité musculaire, autophagie, augmentation de la concentration et dérégulation du calcium cytosolique, destruction mitochondriale, activation du facteur transcrip- tionnel de la protéolyse NFKB [5], déséquilibre énergétique entre besoins musculaires minimums et apports énergétiques constants favorisent l ' activité de la caspase-3 et des calpaïnes (protéases calcium dépendantes) qui altèrent la structure du sarcomère permettant secondairement une ubiquitination, puis la protéolyse dans le système ubiquitine-protéasome [START_REF] Powers | Ventilator-induced diaphragm dysfunction: cause and effect[END_REF][START_REF] Jaber | Clinical review: ventilatorinduced diaphragmatic dysfunction -human studies confirm animal model findings![END_REF][START_REF] Petrof | Diaphragmatic dysfunction in the intensive care unit: caught in the cross-fire between sepsis and mechanical ventilation[END_REF]. Les protéines contrac- tiles mais également les protéines de structure comme la titine sont les cibles des enzymes protéolytiques participant à la désorganisation sarcomérique [34]. En plus d'une exa- gération de la protéolyse, nous avons également rapporté chezl ' homme deslésions de 1 ' ultrastructure des sarcomères visualisés en microscopie électronique [START_REF] Jaber | Rapidly progressive diaphragmatic weakness and injury during mechanical ventilation in humans[END_REF].

• L s du la it une instabilité de la membrane mitochondriale, une augmentation de la perméabilité au calcium, une diminution des capacités antioxydantes et une altération de la chaîne respiratoire mitochondriale.

• L ' atteinte diaphragmatique pourrait être due à une surcharge métabolique mitochondriale qui favorise la génération d ' acides gras libres à un moment où la chaîne respiratoire et la phosphorylation oxydative sont au repos. La conséquence est une surcharge en radicaux libres aboutissant à la lyse et / ou à l ' autophagie de la mitochondrie.

• La ventilation mécanique pourrait induire une atteinte précoce du récepteur de la ryanodine de type 1 (RyR1), récepteur/canal-clé dans le couplage excitation-contraction musculaire, aboutissant à une dysfonction mitochondriale.

Conséquences fonctionnelles de la DDIV

Déséquilibre entre synthèse et protéolyse, couplage excitation-contraction altéré, autophagie, destruction mitochondriale, inflammation locale concourent chez l ' animal comme chez l ' homme à une atrophie musculaire de l ' ensemble des fibres musculaires lentes et rapides [START_REF] Levine | Rapid disuse atrophy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans[END_REF][START_REF] Bourdelles | Effects of mechanical ventilation on diaphragmatic contractile properties in rats[END_REF][START_REF] Yang | Controlled mechanical ventilation leads to remodeling of the rat diaphragm[END_REF][START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF][START_REF] Levine | Increased proteolysis, myosin depletion, and atrophic AKT-FOXO signaling in human diaphragm disuse[END_REF][START_REF] Hussain | Respiratory muscle fatigue: a cause of ventilatory failure in septic shock[END_REF]. À cette amyotrophie prouvée histologiquement et détectée chez l ' homme par nécropsie [5,10,35] ou échographie [START_REF] Matamis | Sonographic evaluation of the diaphragm in critically ill patients. Technique and clinical applications[END_REF] s'associe une diminution de la force contractile et une fatigue diaphragmatique [START_REF] Anzueto | Effects of prolonged controlled mechanical ventilation on diaphragmatic function in healthy adult baboons[END_REF][START_REF] Levine | Rapid disuse atrophy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans[END_REF][START_REF] Bourdelles | Effects of mechanical ventilation on diaphragmatic contractile properties in rats[END_REF][START_REF] Levine | Increased proteolysis, myosin depletion, and atrophic AKT-FOXO signaling in human diaphragm disuse[END_REF][START_REF] Jaber | Alteration of the piglet diaphragm contractility in vivo and its recovery after acute hypercapnia[END_REF]. Nous avons ainsi rapporté chez des patients donneurs d'organe et ventilés pendant environ une semaine avant le décès par mort encéphalique une diminution d ' environ 30% de la force diaphragmatique au cours de la première semaine de ventilation mécanique [START_REF] Jaber | Rapidly progressive diaphragmatic weakness and injury during mechanical ventilation in humans[END_REF]. À ce jour, peu d ' études humaines se sont intéressées aux conséquences sur le sevrage ventilatoire, la réhabilitation et les épreuves fonctionnelles respiratoires ou encore la durée de séjour rolongation de explorations fonctionnelles respiratoires sont réalisables au lit du patient de réanimation alors qu'il est mécaniquement ventilé. Ainsi, la mesure de la pression inspiratoire maximale consiste à mesurer la pression développée au cours d ' un effort inspiratoire maximal contre un obstacle. En pratique, elle est réalisée àl ' aide d ' une pause expiratoire sur 1e venti- lateur d ' environ 15 secondes. La pression négative maximale est alors le reflet de l ' effort inspiratoire du patient. Des valeurs inférieures à -36 cmH 20 sont associées à un sevrage plus rapide alors que des valeurs inférieures à -70 cmH 2 O excluent le diagnostic de paralysie diaphragmatique bilaté- rale [48]. Alors que la mesure de pression inspiratoire maximale est facilement réalisable sur les ventilateurs modernes de réanimation, une valeur faible peut être le reflet d ' un effort sous-maximal (mauvaise coordination ou collabora- tion du patient). Elle est de plus peu spécifique car elle reflète l ' ensemble des muscles respiratoires inspiratoires (diaphragme et muscles accessoires). De la même manière, la mesure de la capacité vitale est un reflet approximatif de la fonction diaphragmatique qui nécessite la participation du patient.

Ces explorations fonctionnelles peuvent être complé- tées par la mise en place d ' une sonde à double ballonnet oesophagien et gastrique permettant d'isoler la pression oesophagienne comme reflet de la pression pleurale et surtout de mesurer la pression transdiaphragmatique. Elle nécessite cependant la mise en place d ' une sonde spécifique et d ' un monitorage disponible sur quelques ventilateurs de dernière génération ou un banc de mesure, et n ' est donc pas réalisable en routine clinique. De manière complémentaire aux explorations fonction- nelles respiratoires, on peut réaliser une échographie du diaphragme. Il s ' agit d ' une technique non invasive, sans danger, bien décrite en pratique clinique chez le patient de réanimation ou postopératoire [37]. En utilisant une sonde de 3,5-5 MHz sur la ligne médioclaviculaire ou sur la ligne axillaire antérieure, l ' excursion de chaque hémicoupole peut être appréciée en mode temps-mouvement. L ' amplitude de l ' excursion inspira- toire diaphragmatique normale chez des patients ayant réussi le test de sevrage de la ventilation mécanique est de 18 mm environ. Lors d ' un sniff test (inspiration maximale nécessitant la participation du patient), il est possible de mesurer la vitesse (pente) de déplacement diaphragmatique sans qu ' à ce jour sa valeur soit cor- rélée au pronostic des patients critiques. L ' échographie peut également être utilisée pour évaluer l'épaisseur du diaphragme. Il faut alors utiliser une sonde de 10MHz et le diamètre du diaphragme est mesuré en ventilation spontané et lors d ' inspiration et d ' expiration forcée. Une fraction de raccourcissement peut alors être mesurée (fraction de raccourcissement = [épaisseur en fin d ' inspiration -épaisseur en fin d ' expiration] /épaisseur en fin d ' expiration).

Il a récemment été montré dans une étude pilote que l ' épaisseur du diaphragme diminuait au cours du séjour chez les patients sous ventilation mécanique [49]. La reproducti- bilité intra-et interobservateur des différentes mesures est bonne, à condition que le tir Doppler soit perpendiculaire au diaphragme et que la meilleure fenêtre échographique soit définie en mode 2D. Il est à noter toutefois que Ainsi, chez des patients médicaux, Kim et al. ont rapporté un allongement de la durée de ventilation mécanique définie au cours de l ' épreuve de ventilation spontanée, par une excursion diaphragmatique en mode TM inférieure à 12 ou 14 mm selon que la coupole explorée soit droite ou gauche [START_REF] Kim | Diaphragm dysfunction assessed by ultrasonography: influence on weaning from mechanical ventilation[END_REF]. De manière comparable, une autre étude a rap- porté une prolongation de la durée de ventilation mécanique chez des patients de chirurgie cardiaque chez qui la course qu ' une fraction de raccourcissement du diaphragme (varia- tion de l ' épaisseur du diaphragme mesurée en TM au cours de l ' inspiration et de l'expiration) au cours de l'épreuve de ventilation spontanée (comparable à la fraction de raccour- cissement du myocarde en échocardiographie) supérieure à 30 % était associée au succès du sevrage de la ventilation mécanique chez 63 patients médicaux avec une valeur pré- dictive positive de 91 % et une valeur prédictive négative de 63 % [START_REF] Dinino | Diaphragm ultrasound as a predictor of successful extubation from mechanical ventilation[END_REF]. L'exploration de la dysfonction diaphragmatique par cette méthode simple disponible au lit du patient pour- rait faciliter l ' identification des patients à risque de sevrage difficile de la ventilation mécanique.

L ' impact de la dysfonction diaphragmatique sur la qualité de vie et sur les épreuves fonctionnelles respiratoires à long terme n'a pas été étudié à ce jour. Une étude animale réa- lisée chez des rats sains ventilés pendant une durée de 12 h rapporte une récupération 24 h après la fin de la ventilation

[45] mais d ' autres études portant sur les conséquences de la neuromyopathie périphérique de réanimation rapportent un handicap persistant et une surmortalité à un an [46].

• Les atteintes diaphragmatiques consistent en une amyotrophie, une baisse de la force musculaire et une fatigabilité.

• La dysfonction diaphragmatique chez le patient de réanimation complique le sevrage du ventilateur, avec une prolongation de la durée de ventilation mécanique.

• L ' identification des patients à risque de sevrage difficile peut reposer sur la détermination de la fraction de raccourcissement du diaphragme (variation de l ' épaisseur du diaphragme mesurée en TM au cours de l ' inspiration et de l ' expiration) au cours de l ' épreuve de ventilation spontanée ;

quand cette fraction est supérieure à 30 %, elle laisse présager un succès du sevrage de la ventilation mécanique.

Modalités diagnostiques de la DDIV

Optimisation du réglage du ventilateur

Plusieurs études expérimentales ont montré, à partir de différents modèles animaux, que le maintien de cycles spontanés au cours de la ventilation mécanique permettait de limiter la protéolyse [START_REF] Futier | Pressure support ventilation attenuates ventilator-induced protein modifications in the diaphragm[END_REF], l ' atrophie [54] et diminuait l ' amplitude de la perte de force contractile au cours de la ventilation mécanique [START_REF] Jung | Adaptive support ventilation prevents ventilator-induced diaphragmatic dysfunction in piglet: an in vivo and in vitro study[END_REF][START_REF] Gayan-Ramirez | Intermittent spontaneous breathingprotects the rat diaphragm from mechanical ventilation effects[END_REF]. La ventilation en pression négative apparaît aussi délé- tère que la ventilation en pression positive sur un modèle de rat ventilé [56]. Dans une étude de preuve de concept sur modèle murin, Li et al. ont montré que l ' utilisation de très hauts niveaux de volume courant (30 mL/kg) entraînait un stress oxydant diaphragmatique et une protéolyse accé- lérée, suggérant un lien possible entre le niveau de volume courant et la DDIV [57]. Les auteurs montraient également des lésions de déchirures des sarcomères au sein des fibres musculaires à l ' aide de la microscopie électronique.

Si le maintien de cycles spontanés est souhaitable pour limiter l ' importance de la DDIV, la décharge complète du diaphragme par des hauts niveaux d ' assistance est égale- ment associée à une DDIV [58]. On peut penser qu ' un niveau minimal de contraction diaphragmatique et donc d ' effort musculaire est ainsi indispensable pour éviter un décondi- tionnement trop important.

Parmi les modes ventilatoires complexes récemment développés, les modes ventilatoires favorisant la contrac- tion du diaphragme ont été associés à une prévention au moins partielle de la DDIV. Ainsi, notre équipe a montré que le maintien de cycles spontanés en ASV (adaptative support ventilation) était associé à une moindre DDIV par rapport au mode contrôlé chez des porcelets ventilés pen- dant une durée de 72 h [START_REF] Jung | Adaptive support ventilation prevents ventilator-induced diaphragmatic dysfunction in piglet: an in vivo and in vitro study[END_REF]. À notre connaissance, les autres modes complexes récents (NAVA, PAV) n ' ont pas été explorés comme stratégie de prévention de la DDIV.

Au cours de la ventilation mécanique, le maintien d ' une homéostasie respiratoire est un des objectifs. Notre équipe a cependant montré que si la survenue d ' une acidose hypercapnique aiguë et de courte durée était délétère sur la contractilité diaphragmatique [START_REF] Jaber | Alteration of the piglet diaphragm contractility in vivo and its recovery after acute hypercapnia[END_REF], le maintien au contraire d ' une acidose hypercapnique modérée (PaC 02 entre 55 et 70 mmHg) pendant une durée prolongée (72 h) était associée à une diminution de la DDIV en comparaison à une durée identique de ventilation en normocapnie chez le porc [START_REF] Jung | Moderate and prolonged hypercapnic acidosis may protect against ventilator-induced diaphragmatic dysfunction in healthy piglet: an in vivo study[END_REF].

Traitements pharmacologiques

Plusieurs voies thérapeutiques ont été testées chez l ' animal mais aucune chez l ' homme à ce jour ne s ' est attachée à traiter ou à prévenir pharmacologiquement la DDIV. Les rares études ayant évalué des médicaments comme la glutamine [60] dans la dysfonction diaphragmatique au cours du sepsis ou d ' autres situations critiques ne seront pas développées ici.

Inhibiteurs de la protéolyse

Une étude du groupe de Gayan-Ramirez a montré que l ' inhibition du protéasome par le bortézomib (médicament actuellement utilisé en oncologie dans des situations comme le myélome multiple ou certains types de lymphome) 5 à 10% des patients sont peu échogènes rendant inacces - D ' autres techniques d ' imagerie en coupe pourraient per- mettre d ' évaluer la trophicité du diaphragme (scanner avec reconstruction volumétrique) et d ' explorer le métabolisme oxydatif à l ' aide de l ' imagerie par résonance magnétique [START_REF] Kharma | Dysfunction of the diaphragm: imaging as a diagnostic tool[END_REF].

L ' examen de référence aujourd ' hui, qui ne nécessite aucune participation du patient et qui peut être réalisé sans sédation chez un patient en ventilation spontanée ou chez un patient ventilé mécaniquement (hors curare) est la mesure de la pression transdiaphragmatique à l ' aide d'une sonde à double ballonnet oesophagien et gastrique après stimulation non invasive, magnétique, des nerfs phréniques [START_REF] Démoulé | Diaphragm dysfunction on admission to ICU: prevalence, risk factors and prognostic impacta prospective study. Am J Respir Crit Care Med injury after myocardial ischemia-reperfusion[END_REF][START_REF] Jaber | Alteration of the piglet diaphragm contractility in vivo and its recovery after acute hypercapnia[END_REF], Enfin, la mesure de la pression trachéale à la sonde d ' intubation qui ne nécessite pas l ' insertion d ' une sonde oesophagienne spécifique est directement corrélée à la valeur de la pression transdiaphragmatique [51] et une valeur inférieure à 11 cmH 20 est associée à la DDIV [START_REF] Kim | Diaphragm dysfunction assessed by ultrasonography: influence on weaning from mechanical ventilation[END_REF].

• On peut suspecter une dysfonction diaphragmatique lors de l ' épreuve de ventilation spontanée devant l ' apparition d ' une ventilation paradoxale ou d ' un rapid shallow breathins -

• La mesure de la pression inspiratoire maximale contre un obstacle (négative) reflète l ' effort inspiratoire du patient : le sevrage est plus rapide quand les valeurs sont < -36 cmH 20 . Une faible valeur peut aussi refléter un effort sous-maximal, par mauvaise coordination ou collaboration du patient.

• La mesure de la capacité vitale reflète approximativement la fonction diaphragmatique et nécessite la participation du patient.

• L ' échographie du diaphragme permet d ' évaluer l ' excursion de chaque hémicoupole, une valeur de 18 mm laissant présager d ' un succès du sevrage. Ilest aussi possible de mesurer la vitesse de déplacement diaphragmatique au cours d ' un sniff test et d ' évaluer l ' épaisseur du diaphragme.

• L ' examen de référence est la mesure de la pression transdiaphragmatique à l ' aide d ' une sonde à double ballonnet oesophagien et gastrique après stimulation magnétique des nerfs phréniques.

• La mesure de la pression trachéale à la sonde ié dans la prévention ou le traitement curatif de la DDIV. Plusieurs pistes issues de la recherche expérimentale et de petites séries pilotes sont cependant encourageantes [START_REF] Martin | Effect of intermittent phrenic nerve stimulation during cardiothoracic surgery on mitochondrial respiration in the human diaphragm[END_REF]. permettait une diminution de la sévérité de la DDIV évaluée par la force contractile du diaphragme, l ' atrophie et l ' évaluation de la protéolyse chez le rat [61]. Les effets indé- sirables marqués de cette chimiothérapie limite cependant sa potentielle indication dans la DDIV. L ' utilisation de corticostéroïdes à fortes doses a égale- ment été rapportée comme permettant de limiter la DDIV chez le rat par l ' inhibition de la voie du NFKB qui est un fac- teur aggravant de la protéolyse [62]. Là aussi, l ' utilisation de corticostéroïdes est limitée au long cours par leurs effets indésirables systémiques et sur la trophicité musculaire. Dans le même esprit, un curare, le cisatracurium contrai- rement au rocuronium a été rapporté comme n ' étant pas associé à la DDIV [START_REF] Testelmans | Infusions of rocuronium and cisatracurium exert different effects on rat diaphragm function[END_REF][START_REF] Testelmans | Rocuronium exacerbates mechanical ventilation-induced diaphragm dysfunction in rats[END_REF], Il est à noter que c ' est le cisa- tracurium qui a été utilisé dans l ' essai clinique ACURASYS (qui montrait une diminution de la mortalité dans le SDRA sévère lorsque les patients étaient curarisés pendant une durée de 48 h dès les premières heures du SDRA), sans être associé à un sur-risque de neuromyopathie de réanimation [START_REF] Papazian | Neuromuscular blockers in early acute respiratory distress syndrome[END_REF].

pendant une durée de 1,5 ms par stimulation à une inten- sité de 17 mA) [START_REF] Martin | Effect of intermittent phrenic nerve stimulation during cardiothoracic surgery on mitochondrial respiration in the human diaphragm[END_REF]. À la fin de la chirurgie, une biopsie diaphragmatique était réalisée dans l ' hémidiaphragme sti- mulé et dans l ' hémidiaphragme non stimulé. Le résultat principal de cette étude pilote est une amélioration de la physiologie mitochondriale évaluée in vitro par l ' étude de la chaîne respiratoire. Une étude animale de méthodolo- gie comparable [START_REF] Masmoudi | Can phrenic stimulation protect the diaphragm from mechanical ventilation-induced damage?[END_REF] sur trois brebis ventilées rapporte des résultats similaires et encourageants puisqu ' une stimulation phrénique au cours de la ventilation mécanique permet- tait de limiter l ' atrophie des fibres diaphragmatiques et l ' accumulation de gouttelettes lipidiques qui sont le reflet d ' une surcharge métabolique (metabolic oversupply ) du dia- phragme mis au repos au cours de la ventilation mécanique [START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF].

• Aucun traitement n ' a actuellement fait la preuve de son efficacité dans la prévention ou le traitement de la DDIV.

• Les possibles voies thérapeutiques seraient l ' optimisation de l ' utilisation du ventilateur ou l ' administration d ' agents pharmacologiques.

Antioxydants

Plusieurs études animales ont tenté d ' individualiser une voie antioxydante en l ' inhibant pharmacologiquement. L ' inhibition spécifique des sources cytosoliques de radicaux libres (xanthine oxydase, NADPH oxydase) n ' a pas permis d ' éviter la survenue de la DDIV dans les modèles animaux [18]. À l ' inverse, l ' administration prophylactique de N- acétylcystéine, un antioxydant cytosolique non spécifique, a permis d ' éviter totalement la survenue de la DDIV chez le rat [66] illustrant le rôle central et probablement pré- coce de l ' excès de radicaux libres dans la genèse de la DDIV.

Afin de déterminer l ' origine cellulaire des radicaux libres, l ' équipe de Powers a administré du SS-31, un antioxydant spécifique de la mitochondrie à des rats ventilés mécani- quement et a démontré qu ' il était possible de prévenir la survenue de la DDIV dans ce modèle [22]. La principale limite de ces études est le caractère prophylactique (avant l ' initiation de la ventilation mécanique) de l ' administration des antioxydants limitant l ' applicabilité clinique de ce concept.

Afin de mieux décortiquer les mécanismes intimes de la genèse du déséquilibre redox dans la DDIV, notre équipe a démontré que l ' utilisation d ' un modèle de souris transgénique surexprimant peroxiredoxin-3 (un antioxydant mitochondrial spécifique) permettait également de limi- ter la genèse de la DDIV [START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF]. Ces deux études [START_REF] Powers | Mitochondriatargeted antioxidants protect against mechanical ventilationinduced diaphragm weakness[END_REF][START_REF] Picard | Mitochondrial dysfunction and lipid accumulation in the human diaphragm during mechanical ventilation[END_REF] témoignent de l ' origine mitochondriale probable du stress oxydant dans la DDIV.

Réhabilitation diaphragmatique

Le maintien de cycles spontanés au cours de la ventilation mécanique a pour objectif de limiter le déconditionnement diaphragmatique. La stimulation de la trophicité musculaire peut également être réalisée par une stimulation inter- mittente des nerfs phréniques. Dans le cadre d ' une étude pilote comportant cinq patients, Martin et al. ont stimulé un nerf phrénique électriquement au cours d ' une chirurgie cardiaque (toutes les heures, les patients étaient stimu- lés électriquement à raison de 30 stimulations par minute • Les agents visant à inhiber la protéolyse comme le bortézomib semblent limiter la sévérité de la DDIV, mais leurs effets secondaires sont majeurs.

• Les corticoïdes pourraient limiter la DDIV par inhibition de la protéolyse, mais là encore, leur emploi au long cours est limité du fait de leurs effets indésirables systémiques et sur la trophicité musculaire.

• La N-acétylcystéine, un antioxydant cytosolique à spectre large, a permis d ' éviter totalement la survenue de la DDIV chez le rat mais elle devrait être • On peut maintenir la trophicité diaphragmatique par le maintien de cycles spontanés au cours de la ventilation mécanique ou par stimulation intermittente des nerfs phréniques.

Conclusion

Depuis maintenant plusieurs années, il est admis que la ventilation mécanique utilisée pour permettre aux patients critiques de survivre dans l ' attente d ' un traitement étiolo- ; il est ainsi prématuré de les

  en réanimation[START_REF] Wunsch | ICU occupancy and mechanical ventilator use in the United States[END_REF]

•

  La ventilation mécanique est parfois grevée d ' une altération du diaphragme, avec baisse de la force de sa contraction,

Figure 1 .

 1 Figure1. Couplage excitation-contraction du muscle diaphragmatique. Le potentiel d'action membranaire se propage le long du tubule transverse et va déclencher la sortie de calcium du réticulum sarcoplasmique via l'activation de récepteur aux dihydropiridines (R-DHP) et l'ouverture des récepteurs de la ryanodine de type 1 (RyR1 ). L'augmentation de la concentration de calcium dans le cytosol permet sa liaison avec la troponine C, le couplage actine-myosine et la contraction musculaire. La contraction nécessite de l'ATP provenant principalement de la phosphorylation oxydative qui a lieu dans la mitochondrie. Lors de la relaxation musculaire, le calcium est recapté du cytosol vers le réticulum sarcoplasmique par des pompes ATP dépendantes (SERCA). ADP : adénosine di-phosphate ; ATP : adénosine triphosphate ; R-DHP: récepteur aux dihydropiridines; RyR1 : récepteur à la ryanodine de type 1 ; SERCA : calcium transport ATPase du réticulum sarcoendoplasmique ; Tubule T: tubule transverse.

  l ' hôpital des patients présentant une La première conséquence d ' une dysfonction diaphrag- matique sur le devenir du patient de réanimation est son impact sur le sevrage du ventilateur. Les causes d ' échec de sevrage sont le plus souvent multifactorielles en réanimation [ travaux prospectifs utilisant l ' échographie comme outil d ' exploration du diaphragme (voir paragraphe dédié) ont montré que les patients présentant au cours du sevrage respiratoire une dysfonction diaphragmatique l

  exploration du diaphragme en clinique Une dysfonction diaphragmatique peut être suspec-

8

 8 complication majeure survenant au décours de la ventilation mécanique car elle est associée à une surmortalité chez le patient hospitalisé en réanimation [autres thérapeutiques médicamenteuses ont été à ce jour testées chez l ' animal uniquement et toujours avant

  N, et al. Calcium homeostasis impair- ment linked to oxydative stress may contribute to diaphragm

  (RyR1) est un récepteur /canal-clé dans le couplage excitation- contraction musculaire. Il permet le relargage de calcium à partir du stock calcique du réticulum sarcoplasmique en réponse à l ' arrivée d ' un potentiel d ' action au niveau du sar- colemme. Son ouverture est transitoire lors de la contraction et le calcium est ensuite recapté par des pompes calciques ATPase dépendante au cours de la relaxation.Dans des pathologies chroniques comme la dystrophie musculaire de Duchenne ou l ' insuffisance cardiaque, RyR1

est oxydé, nitrosylé, carboxylé et devient plus fréquemment perméable, occasionnant une fuite de calcium vers le cyto-

Remerciements

Les auteurs remercient Julien Guecem pour son aide à la réalisation des Fig. 1 et 2.

POINTS ESSENTIELS

• La ventilation mécanique modifie le fonctionnement diaphragmatique.

• La dysfonction diaphragmatique est due à plusieurs facteurs: augmentation du stress oxydant, instabilité membranaire et activation des voies de signalisation cellulaire impliquant protéolyse exagérée, diminution de la synthèse protéique, autophagie et perturbation du couplage excitation-contraction.

• L'évaluation de la dysfonction diaphragmatique peut se faire avec ou sans la participation du patient.

• Les possibilités thérapeutiques sont actuellement limitées : persistance de cycles ventilatoires spontanés et éventuellement stimulation des nerfs phréniques. Aucun traitement médicamenteux ne peut être proposé à l'heure actuelle.