Contexte clinique
Le gradient alvéolo-artériel remplit une fonction précise dans le bilan d'une hypoxémie : distinguer une hypoxémie liée à une hypoventilation pure d'une hypoxémie liée à une altération des échanges gazeux alvéolaires. En cas d'hypoventilation, la PaCO₂ s'élève et la PAO₂ baisse proportionnellement, mais le gradient entre l'oxygène alvéolaire et artériel reste normal. En revanche, en cas d'inadéquation ventilation/perfusion, de shunt ou d'atteinte de la diffusion, le gradient s'élève, car la PaO₂ baisse davantage que ne l'explique la seule hypoventilation. C'est la distinction clinique centrale : un gradient alvéolo-artériel normal en présence d'une hypoxémie oriente vers une cause extrapulmonaire (hypoventilation, FiO₂ basse), tandis qu'un gradient élevé oriente vers une pathologie intrapulmonaire.
La décision que l'outil étaye n'est donc pas un diagnostic précis mais un embranchement de l'arbre diagnostique : faut-il poursuivre le bilan vers une hypoventilation ou vers une maladie parenchymateuse ?
Calcul du gradient alvéolo-artériel
Le calcul repose sur l'équation des gaz alvéolaires, dérivation physique à partir du gaz inspiré et de la ventilation alvéolaire [1] :
au niveau de la mer :
La FiO₂ est saisie dans le calculateur en pourcentage (21–100) mais utilisée en décimales dans la formule. Patm est la pression atmosphérique barométrique (760 mmHg au niveau de la mer), PH₂O la pression de vapeur d'eau dans les alvéoles (47 mmHg à 37 °C) et R le quotient respiratoire, fixé à 0,8 par hypothèse standard pour une alimentation mixte.
La valeur normale attendue augmente avec l'âge, approchée par :
Cette correction sur l'âge repose sur l'observation que l'adéquation ventilation/perfusion se dégrade progressivement avec l'âge, même chez les sujets sains, vraisemblablement par perte d'élasticité pulmonaire et augmentation du shunt de base [4]. Une personne de 20 ans a donc une valeur normale attendue d'environ 9 mmHg, une personne de 80 ans d'environ 24 mmHg.
Interprétation en pratique
Le calculateur renvoie le gradient alvéolo-artériel en mmHg ainsi que la valeur normale attendue corrigée sur l'âge. L'interprétation dépend du fait que le gradient soit inférieur ou supérieur à la valeur attendue.
| Gradient | Bande d'interprétation | Conduite |
|---|---|---|
| ≤ valeur attendue pour l'âge | Gradient normal | L'hypoxémie s'explique par une hypoventilation ou une FiO₂ basse. Rechercher la cause de l'hypoventilation (opiacés, maladie neuromusculaire, BPCO avec hypercapnie). En cas de suspicion d'embolie pulmonaire, un bilan complémentaire peut en règle générale être écarté chez les patients sans antécédent de maladie thromboembolique veineuse, voir ci-dessous. |
| > valeur attendue pour l'âge | Gradient élevé | L'hypoxémie est liée à une inadéquation ventilation/perfusion, à un shunt ou à une atteinte de la diffusion. C'est le mécanisme dominant des maladies parenchymateuses (pneumonie, SDRA, œdème pulmonaire, embolie pulmonaire, pneumopathie interstitielle). Le bilan s'oriente vers une cause intrapulmonaire. |
L'utilité pratique du calcul du gradient tient à deux situations précises. D'abord, devant une hypoxémie non compliquée, lorsque la question est de savoir si le patient a une cause extrapulmonaire relevant d'un support ventilatoire ou d'une stimulation respiratoire plutôt que d'une oxygénothérapie. Ensuite, comme aide à la décision devant une suspicion d'embolie pulmonaire, où un gradient normal chez un patient sans antécédent thromboembolique abaisse nettement la probabilité du diagnostic.
Validation et performance
L'équation des gaz alvéolaires est une relation physique et ne se valide pas comme un score de risque au sens habituel. En revanche, l'utilité clinique du gradient alvéolo-artériel, en particulier pour écarter une embolie pulmonaire, a été évaluée dans des études prospectives.
McFarlane et Imperiale [2] ont étudié 540 patients ayant bénéficié d'une scintigraphie de ventilation-perfusion pour suspicion d'embolie pulmonaire et disposant simultanément d'une gazométrie artérielle en air ambiant. Un gradient alvéolo-artériel normal, défini comme ≤ âge/4 + 4, était retrouvé chez 57 patients sans antécédent d'embolie pulmonaire ni de thrombose veineuse profonde, et un seul d'entre eux (1,8 %, IC 95 % 0,9–10,7 %) avait une embolie pulmonaire. Le résultat a été reproduit dans une cohorte de validation de 489 patients, où 1 sur 54 (1,9 %, IC 95 % 0,1–11,2 %) avec gradient normal et sans antécédent thromboembolique avait une embolie pulmonaire. Un gradient normal a donc une valeur prédictive négative élevée pour l'embolie pulmonaire chez les patients sans antécédent de maladie thromboembolique veineuse.
La spécificité est en revanche faible. Jones et al. [3] ont étudié 123 patients de plus de 64 ans ayant bénéficié d'une angiographie pulmonaire pour suspicion d'embolie pulmonaire. Parmi 54 patients avec embolie pulmonaire confirmée à l'angiographie, trois avaient un gradient alvéolo-artériel normal pour leur âge. La valeur moyenne du gradient ne différait pas significativement entre les patients avec embolie pulmonaire (46,6 mmHg) et sans (46,0 mmHg). Un gradient élevé est donc peu spécifique dans une population âgée suspecte d'embolie pulmonaire et ne permet pas de distinguer l'embolie pulmonaire d'une autre pathologie pulmonaire. C'est attendu : le gradient mesure une altération des échanges gazeux et non spécifiquement une embolie.
Limites
Nécessite une FiO₂ en air ambiant. La formule de valeur normale corrigée sur l'âge s'applique aux patients respirant l'air ambiant (FiO₂ 21 %). Sous FiO₂ élevée, le gradient alvéolo-artériel normal augmente en lui-même, et les seuils de normalité ne sont plus valables. Le calculateur accepte certes des FiO₂ jusqu'à 100 %, mais l'interprétation par rapport à âge/4 + 4 ne vaut strictement qu'en air ambiant.
Niveau de la mer et quotient respiratoire. Le calcul suppose une pression atmosphérique de 760 mmHg et un quotient respiratoire de 0,8. En altitude, la Patm baisse et donc la PAO₂, ce dont le calculateur ne tient pas compte. Le quotient respiratoire varie avec l'alimentation et l'état métabolique (0,7 en oxydation lipidique pure, 1,0 en oxydation glucidique pure), mais l'écart est en pratique faible.
Peu spécifique lorsqu'il est élevé. Un gradient élevé indique une altération des échanges gazeux mais n'oriente vers aucun diagnostic précis. Pneumonie, œdème pulmonaire, SDRA, pneumopathie interstitielle et embolie pulmonaire donnent tous un gradient élevé. Le gradient ne peut donc pas servir de test diagnostique d'une maladie particulière.
Origine de la formule liée à l'âge. La formule âge/4 + 4 est une règle clinique et non une dérivation formelle à partir d'une population définie. Elle approche l'augmentation liée à l'âge de l'inadéquation ventilation/perfusion de base documentée chez les sujets sains [4], mais donne une estimation grossière plutôt qu'un intervalle de confiance statistique.
Sources
- Story DA. Alveolar oxygen partial pressure, alveolar carbon dioxide partial pressure, and the alveolar gas equation. Anesthesiology. 1996;84(4):1011. PMID: 8638826
- McFarlane MJ, Imperiale TF. Use of the alveolar-arterial oxygen gradient in the diagnosis of pulmonary embolism. Am J Med. 1994;96(1):57–62. PMID: 8304364
- Jones JS, VanDeelen N, White L, et al. Alveolar-arterial oxygen gradients in elderly patients with suspected pulmonary embolism. Ann Emerg Med. 1993;22(7):1177–1181. PMID: 8517570
- Cardús J, Burgos F, Diaz O, et al. Increase in pulmonary ventilation-perfusion inequality with age in healthy individuals. Am J Respir Crit Care Med. 1997;156(4 Pt 1):1124–1129. PMID: 9279253