Simulation, Analyse et Mesure de l'Obstruction dans les Voies Aériennes Respiratoires – SAMOVAR

Le projet présenté est un projet profondément pluridisciplinaire qui regroupe des équipes de physiciens, de mathématiciens, de numériciens et de médecins au sein d’un but ambitieux : il vise à comprendre dans le détail les relations entre les propriétés mécaniques locales de l’arbre trachéobronchique et la dynamique globale d’un cycle respiratoire, chez le sujet sain ou malade, que ce soit en ventilation spontanée, ou lors d’une assistance ventilatoire. L’objectif à terme est double :

1) En premier lieu, un objectif fondamental : être capable de comprendre avec précision l’impact de modifications de la structure et de la géométrie des bronches sur les propriétés globales du système respiratoire, ainsi que leur impact en termes de ventilation spontanée ou artificielle (qu’il s’agisse de ventilation contrôlée ou assistée, ou de ventilation volumétrique ou barométrique). Les débouchés de cette meilleure compréhension des liens entre propriétés mécaniques des voies respiratoires et de la ventilation sont multiples :
- L’intérêt scientifique intrinsèque.
- Des bases scientifiques permettant, à terme, de développer des techniques plus efficaces de traitement par aérosols et donc une administration personnalisée des médicaments permettant de cibler les sites de dépôt et de prédire quantitativement les doses délivrées.
- Enfin, de manière plus exploratoire, l’amélioration des techniques diagnostiques (« exploration fonctionnelle respiratoire » – EFR – au sens large du terme) réalisées en ambulatoire ou au lit du patient, et ce au travers d’une meilleure modélisation des systèmes sous-jacents.

2) En second lieu, un objectif à portée plus directement clinique ou thérapeutique : cet objectif est l’optimisation de la ventilation mécanique par une meilleure maîtrise des pressions mises en jeu tout au long de l’arbre aérien, notamment dans des conditions physiopathologiques où les phénomènes de couplage fluide-structure pourraient compromettre l’efficacité de la ventilation spontanée, assistée ou contrôlée. Nous pensons là aux augmentations drastiques des résistances intrabonchiques induites par les phénomènes de collapsus bronchique, ou encore à l’effet des résistances extra-thoraciques (voies aériennes supérieures) sur les phénomènes de couplage fluide-structure intra-thoraciques. En raison des grandes variations géométriques qui caractérisent les conduits de l’arbre aérien et de la nature complexe (non linéaire et instable) des mécanismes de couplage fluide-structure, il est nécessaire de faire appel à des modèles multi-échelles et multiparamétriques à variables interdépendantes, seuls capables de décrire la nature complexe des phénomènes mis en jeu. C'est d'autant plus le cas que la dynamique temporelle du « moteur » de l'écoulement des fluides dans l'arbre aérien, c'est-à-dire le contrôle neurologique de l'activation des muscles respiratoire, revêt elle aussi les caractéristiques d'un système complexe, hautement non linéaire. Grâce à la prise en compte des phénomènes de couplage multi-échelles entre les voies aériennes et le gaz expiré ou inspiré, il s’agit à terme d’améliorer les performances de l’assistance ventilatoire chez des patients atteints d’insuffisance respiratoire aiguë.