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Difference de potentiel nasal transepithelial
Revue de Pneumologie clinique (2008) Vol. 64, 34–37 Disponible en ligne www.sciencedirect.com
journal homepage: http://france.elsevier.com/direct/xxx
PROTOCOLE EN COURS
Différence de potentiel nasal transépithélial Potential nasal transepithelial difference I. Fajaca, *, I. Sermetb a Service d’explorations fonctionnelles, Université Paris Descartes, AP-HP, GHU Ouest/Hôpital Cochin, 27, rue du Faubourg Saint-Jacques, 75679 Paris cedex 14, France. b Service de pédiatrie générale, Université Paris Descartes, AP-HP, GHU Ouest/ Hôpital Necker, 149, rue de Sèvres, 75743 Paris cedex 15, France.
Les transports d’ions à travers l’épithélium respiratoire génèrent une différence de potentiel transépithélial (ddp) qui peut être mesurée in vivo [1, 2]. La présence d’une protéine CFTR non fonctionnelle à la membrane plasmique des cellules de l’épithélium nasal chez le patient atteint de mucoviscidose entraîne des anomalies de la sécrétion des chlorures dépendante de l’AMPc et une augmentation de l’absorption du sodium. Ces anomalies de transports ioniques dans l’épithélium respiratoire de patients atteints de mucoviscidose entraînent une différence de potentiel transépithélial anormale par rapport à celle du sujet sain [3].
Principe et méthodes
Figure 1. Schéma de mesure de la différence de potentiel nasal transépithélial.
La ddp nasale est mesurée par un millivoltmètre à haute impédance entre 2 électrodes. L’une est placée en contact avec le pôle basal des cellules épidermiques, après une abrasion légère de l’épiderme. Il est en effet admis que l’espace sous-cutané est isoélectrique en tout point du corps. L’autre électrode est en contact avec le pôle apical des cellules de l’épithélium cilié nasal. Les procédures les plus utilisées ont été détaillées par Knowles et al. [4] et Schuler et al. [5]. Brièvement, les électrodes sont en argent chloruré (Ag/AgCl). L’électrode dite de référence est en contact avec la peau abrasée par l’intermédiaire d’une pâte conductrice type pâte à ECG. L’électrode exploratrice baigne dans la pâte conductrice diluée et est ainsi reliée à une sonde à double lumière (Marquat®) qui est introduite dans le nez. L’une des lumières de la sonde est remplie de la pâte conductrice diluée et l’autre est perfusée par une solution salée type Ringer (Fig. 1).
La ddp nasale qui doit être stable pendant au moins 5 sec est mesurée le plus souvent sur le plancher du cornet inférieur où prédominent les cellules ciliées, là où les valeurs sont les plus négatives. La ddp nasale basale reflète essentiellement le transport du sodium. Il est possible d’étudier les autres composantes des transports ioniques transépithéliaux en perfusant par la sonde nasale des agents actifs sur le transport ionique : une solution d’amiloride (10-4 M) qui est un inhibiteur des canaux sodiques ; une solution d’amiloride sans chlorures (pendant au moins 3 min) qui en stimulant le transport des chlorures à travers l’épithélium permet d’apprécier la perméabilité de la muqueuse nasale aux chlorures ; puis une solution d’amiloride et d’isoprénaline (10-5 M, pendant au moins 3 min) dilués dans la solution sans chlo-
* Auteur correspondant
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Différence de potentiel nasal transépithélial rures. L’isoprénaline est un ß-agoniste qui, en augmentant la concentration cellulaire d’AMPc, stimule ainsi le transport des chlorures lié à CFTR. Chez l’enfant, certaines équipes ont appliqué directement la technique de l’adulte et ont confirmé sur quelques cas cliniques la fiabilité et la bonne tolérance de la méthode [6-9]. La technique est cependant limitée par la nécessité d’une immobilisation prolongée et surtout le risque d’aspiration nasopharyngée. Ceci a conduit à des modifications de la technique validée chez l’adulte, notamment l’utilisation d’un cathéter nasal de diamètre plus petit (en pratique, ± 3 mm), ainsi que la diminution de débit et de la durée du test [10] (voir Annexe 1). Bien que de principe simple, la mesure de la ddp nasale est un examen délicat qui nécessite un personnel entraîné. C’est aussi un examen assez long puisque les variations de la ddp nasale en réponse à chaque agent pharmacologique doivent être étudiées jusqu’à obtention d’un plateau, c’est-à-dire pendant au moins 3 min.
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Figure 2.
Différence de potentiel nasal chez un sujet sain.
Résultats, indications et interprétation La ddp nasale est une valeur négative exprimée en mV. Elle correspond à la mesure d’une différence de potentiel transépithélial. Ainsi en cas d’abrasion de l’épithélium nasal, la ddp devient nulle. L’examen ne peut donc être considéré comme fiable que s’il a été réalisé sur un épithélial nasal non lésionnel. Il doit être pratiqué à distance (environ 1 mois) de toute rhinite infectieuse ou allergique, de tout phénomène inflammatoire ou d’irritation mécanique (sonde à oxygène), de tout traitement local ou général par corticoïdes à doses élevées. La ddp nasale basale qui reflète le transport épithélial de sodium est chez le patient atteint de mucoviscidose, approximativement 2 fois supérieure (-40 à -50 mV environ) à celle observée chez le sujet sain (-15 à -25 mV environ) [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). En réponse à la perfusion d’amiloride, la ddp nasale (en valeur absolue) diminue et cette inhibition est environ 2 fois plus importante chez le sujet atteint de mucoviscidose que chez le sujet sain [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). Sous perfusion d’une solution sans chlorures, il existe une hyperpolarisation chez le sujet sain. Chez le patient atteint de mucoviscidose, très peu d’effet est observé, ce qui reflète la diminution de la perméabilité de l’épithélium respiratoire aux ions chlorures dans la maladie [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). En réponse à la perfusion d’isoprotérénol, on observe une hyperpolarisation lente de la différence de potentiel nasal chez le sujet sain atteignant un maximum à 3 min environ. Peu d’effet ou un effet faible et transitoire sont observés chez le patient atteint de mucoviscidose [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). À notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée sur une large cohorte de nourrissons ou d‘enfants de moins de 5 ans. Les rares observations publiées chez le nourrisson atteint de mucoviscidose ont montré des anomalies comparables à celles de l’adulte [6-9]. Pendant les premiers jours de vie, il existerait un état d’hyperabsorption physiologique [14, 15]. Des études sur modèle animal suggèrent que les anomalies électrophysiologiques caractéristiques de la mucoviscidose sont présentes rapidement après la naissance et ne se modifient pas avec l’âge [16]. Il semble
Figure 3. Différence de potentiel nasal chez un patient atteint de mucoviscidose.
cependant que les valeurs de ddp nasale soient moins élevées chez le sujet âgé. Les valeurs ne semblent pas varier selon le sexe. La ddp nasale est un examen diagnostique de la mucoviscidose, au même titre que le test de la sueur, qui reste l’examen de référence, et l’étude génétique du gène CFTR. L’apport de la mesure de la ddp nasale est essentiel dans les formes atypiques où le test de la sueur peut être pris en défaut et la génétique n’identifier qu’une seule mutation [17-20]. Une élévation de la ddp nasale basale est fortement évocatrice de mucoviscidose. En revanche, une ddp nasale basale normale ne permet pas d’écarter formellement le diagnostic. La présence d’une forte réponse à la solution sans chlorure est un argument important contre le diagnostic de mucoviscidose. La réponse qui permet probablement de mieux discriminer entre les sujets sains et les patients atteints de mucoviscidose est la réponse combinée à la solution sans chlorure et à l’isoprotérénol [4]. Plusieurs études ont rapporté une relation entre la ddp nasale et la gravité de la maladie. L’existence de transports résiduels de chlorures semble liée à une fonction respiratoire relativement conservée [13, 21]. D’autres études ont montré que le statut pancréatique était lié aux transports de chlorures, alors que la fonction respiratoire était plutôt liée au transport du sodium [11, 22]. Il a été montré récemment une relation entre la ddp nasale et la sévérité fonctionnelle des mutations du gène CFTR [23].
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ANNEXE 1. ADAPTATION DE LA TECHNIQUE DE DDP NASALE CHEZ L’ENFANT. Le protocole que nous utilisons [10] est adapté de celui publié par Southern et al. (8/2001) ([9] Sermet-Gaudelus et al., 2006). Le nourrisson doit être calme, et est positionné en décubitus latéral dans le lit ou les bras de sa mère. Le débit de perfusion est réduit à 1 mL/min. Le cathéter est avancé sur 20 mm tous les 2,5 mm à partir de la jonction cutanéomuqueuse sur la marge latérale du plancher nasal. Le test est raccourci en 3 temps : ddp de base sous Ringer, mesure de la variation de la ddp après amiloride, puis isoprotérénol dans une solution pauvre en chlorures. La mesure de ddp exige l’immobilité du patient. En effet, le moindre déplacement de la sonde modifie considérablement la ddp. Dans la tranche d’âge des 3 mois-3 ans, il n’est pas possible d’obtenir la coopération des patients. Une sédation est donc absolument nécessaire. La sédation proposée a été validée par le Comité de lutte contre la douleur de l’hôpital Necker. Elle consiste en du Valium ® intrarectal (0,5 mg/kg) chez l’enfant de moins de 6 mois et de l’Hypnovel ® intrarectal (0,3 mg/kg) après 6 mois. Cette dernière molécule a l’avantage d’avoir une demi-vie plus courte (45 minutes contre 3 heures pour le Valium®) mais n’a l’AMM qu’à partir de 6 mois. Ces 2 molécules qui appartiennent à la famille des benzodiazépines ne modifient pas la ddp (observations personnelles). Le seul effet secondaire est le risque de fausses routes ou de chutes chez des enfants encore trop endormis au décours de l’examen. On n’autorisera donc le départ de l’hôpital des enfants qu’une fois parfaitement réveillés. Il existe par ailleurs un effet iatrogène théorique car les solutions perfusées dans la narine peuvent être dégluties ou absorbées par la muqueuse nasale. L’amiloride est un médicament utilisé en médecine interne pour son effet diurétique. L’isoprotérénol est une substance β-sympathomimétique commercialisée sous la forme pharmaceutique utilisée pour l’examen en solution pour administration intraveineuse. Lors de la mesure de ddp nasale, l’amiloride et l’isoprotérénol sont administrés à des concentrations 100 fois inférieures aux concentrations thérapeutiques et les doses pharmacologiques de ces substances qui pourraient être ingérées ou absorbées pendant le test sont négligeables. En pratique, le rythme cardiaque et la saturation en oxygène doivent être surveillés tout au long de l’examen.
Sensibilité, spécificité, reproductibilité La sensibilité de la mesure de différence de potentiel nasal pour le diagnostic de mucoviscidose est estimée à 90 % [24]. Ceci indique que certains patients atteints de mucoviscidose ont une différence de potentiel nasal basal normale. La sensibilité de l’examen est certainement nettement augmentée avec les mesures pharmacodynamiques. La spécificité de la mesure de ddp nasale pour le diagnostic de mucoviscidose est estimée à plus de 95 % [24]. La ddp nasale est normale dans les autres dilatations des bronches.
I. Fajac et al. Chez les sujets hétérozygotes obligatoires, la ddp nasale basale est normale, mais les transports des chlorures peuvent être diminués [13]. Il a été rapporté une augmentation de la ddp nasale basale dans le syndrome de Liddle où l’hypertension artérielle est due à des mutations du canal sodique épithélial [25]. La reproductibilité de la ddp nasale paraît bonne, mais à notre connaissance, aucune étude centrée sur ce point n’est disponible. Il est certain que, comme pour tout examen de laboratoire à visée diagnostique, la ddp nasale doit être répétée, ce d’autant que l’intégrité de l’épithélium est capitale et ne peut être vérifiée de façon certaine simplement. Au total, la ddp nasale est un examen diagnostique de la mucoviscidose reconnu dans les différentes conférences de consensus [26]. Son apport est capital dans les formes cliniques atypiques où les autres examens peuvent être pris en défaut. C’est aussi l’examen de choix pour évaluer les thérapeutiques visant à restaurer la fonction CFTR [27] et cet aspect se développera certainement avec la description de techniques permettant de mesurer la ddp dans les voies aériennes inférieures d’adultes [28, 29] et d’enfants [30].
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PROTOCOLE EN COURS
Différence de potentiel nasal transépithélial Potential nasal transepithelial difference I. Fajaca, *, I. Sermetb a Service d’explorations fonctionnelles, Université Paris Descartes, AP-HP, GHU Ouest/Hôpital Cochin, 27, rue du Faubourg Saint-Jacques, 75679 Paris cedex 14, France. b Service de pédiatrie générale, Université Paris Descartes, AP-HP, GHU Ouest/ Hôpital Necker, 149, rue de Sèvres, 75743 Paris cedex 15, France.
Les transports d’ions à travers l’épithélium respiratoire génèrent une différence de potentiel transépithélial (ddp) qui peut être mesurée in vivo [1, 2]. La présence d’une protéine CFTR non fonctionnelle à la membrane plasmique des cellules de l’épithélium nasal chez le patient atteint de mucoviscidose entraîne des anomalies de la sécrétion des chlorures dépendante de l’AMPc et une augmentation de l’absorption du sodium. Ces anomalies de transports ioniques dans l’épithélium respiratoire de patients atteints de mucoviscidose entraînent une différence de potentiel transépithélial anormale par rapport à celle du sujet sain [3].
Principe et méthodes
Figure 1. Schéma de mesure de la différence de potentiel nasal transépithélial.
La ddp nasale est mesurée par un millivoltmètre à haute impédance entre 2 électrodes. L’une est placée en contact avec le pôle basal des cellules épidermiques, après une abrasion légère de l’épiderme. Il est en effet admis que l’espace sous-cutané est isoélectrique en tout point du corps. L’autre électrode est en contact avec le pôle apical des cellules de l’épithélium cilié nasal. Les procédures les plus utilisées ont été détaillées par Knowles et al. [4] et Schuler et al. [5]. Brièvement, les électrodes sont en argent chloruré (Ag/AgCl). L’électrode dite de référence est en contact avec la peau abrasée par l’intermédiaire d’une pâte conductrice type pâte à ECG. L’électrode exploratrice baigne dans la pâte conductrice diluée et est ainsi reliée à une sonde à double lumière (Marquat®) qui est introduite dans le nez. L’une des lumières de la sonde est remplie de la pâte conductrice diluée et l’autre est perfusée par une solution salée type Ringer (Fig. 1).
La ddp nasale qui doit être stable pendant au moins 5 sec est mesurée le plus souvent sur le plancher du cornet inférieur où prédominent les cellules ciliées, là où les valeurs sont les plus négatives. La ddp nasale basale reflète essentiellement le transport du sodium. Il est possible d’étudier les autres composantes des transports ioniques transépithéliaux en perfusant par la sonde nasale des agents actifs sur le transport ionique : une solution d’amiloride (10-4 M) qui est un inhibiteur des canaux sodiques ; une solution d’amiloride sans chlorures (pendant au moins 3 min) qui en stimulant le transport des chlorures à travers l’épithélium permet d’apprécier la perméabilité de la muqueuse nasale aux chlorures ; puis une solution d’amiloride et d’isoprénaline (10-5 M, pendant au moins 3 min) dilués dans la solution sans chlo-
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Différence de potentiel nasal transépithélial rures. L’isoprénaline est un ß-agoniste qui, en augmentant la concentration cellulaire d’AMPc, stimule ainsi le transport des chlorures lié à CFTR. Chez l’enfant, certaines équipes ont appliqué directement la technique de l’adulte et ont confirmé sur quelques cas cliniques la fiabilité et la bonne tolérance de la méthode [6-9]. La technique est cependant limitée par la nécessité d’une immobilisation prolongée et surtout le risque d’aspiration nasopharyngée. Ceci a conduit à des modifications de la technique validée chez l’adulte, notamment l’utilisation d’un cathéter nasal de diamètre plus petit (en pratique, ± 3 mm), ainsi que la diminution de débit et de la durée du test [10] (voir Annexe 1). Bien que de principe simple, la mesure de la ddp nasale est un examen délicat qui nécessite un personnel entraîné. C’est aussi un examen assez long puisque les variations de la ddp nasale en réponse à chaque agent pharmacologique doivent être étudiées jusqu’à obtention d’un plateau, c’est-à-dire pendant au moins 3 min.
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Différence de potentiel nasal chez un sujet sain.
Résultats, indications et interprétation La ddp nasale est une valeur négative exprimée en mV. Elle correspond à la mesure d’une différence de potentiel transépithélial. Ainsi en cas d’abrasion de l’épithélium nasal, la ddp devient nulle. L’examen ne peut donc être considéré comme fiable que s’il a été réalisé sur un épithélial nasal non lésionnel. Il doit être pratiqué à distance (environ 1 mois) de toute rhinite infectieuse ou allergique, de tout phénomène inflammatoire ou d’irritation mécanique (sonde à oxygène), de tout traitement local ou général par corticoïdes à doses élevées. La ddp nasale basale qui reflète le transport épithélial de sodium est chez le patient atteint de mucoviscidose, approximativement 2 fois supérieure (-40 à -50 mV environ) à celle observée chez le sujet sain (-15 à -25 mV environ) [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). En réponse à la perfusion d’amiloride, la ddp nasale (en valeur absolue) diminue et cette inhibition est environ 2 fois plus importante chez le sujet atteint de mucoviscidose que chez le sujet sain [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). Sous perfusion d’une solution sans chlorures, il existe une hyperpolarisation chez le sujet sain. Chez le patient atteint de mucoviscidose, très peu d’effet est observé, ce qui reflète la diminution de la perméabilité de l’épithélium respiratoire aux ions chlorures dans la maladie [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). En réponse à la perfusion d’isoprotérénol, on observe une hyperpolarisation lente de la différence de potentiel nasal chez le sujet sain atteignant un maximum à 3 min environ. Peu d’effet ou un effet faible et transitoire sont observés chez le patient atteint de mucoviscidose [4, 11-13] (Fig. 2 et 3). À notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée sur une large cohorte de nourrissons ou d‘enfants de moins de 5 ans. Les rares observations publiées chez le nourrisson atteint de mucoviscidose ont montré des anomalies comparables à celles de l’adulte [6-9]. Pendant les premiers jours de vie, il existerait un état d’hyperabsorption physiologique [14, 15]. Des études sur modèle animal suggèrent que les anomalies électrophysiologiques caractéristiques de la mucoviscidose sont présentes rapidement après la naissance et ne se modifient pas avec l’âge [16]. Il semble
Figure 3. Différence de potentiel nasal chez un patient atteint de mucoviscidose.
cependant que les valeurs de ddp nasale soient moins élevées chez le sujet âgé. Les valeurs ne semblent pas varier selon le sexe. La ddp nasale est un examen diagnostique de la mucoviscidose, au même titre que le test de la sueur, qui reste l’examen de référence, et l’étude génétique du gène CFTR. L’apport de la mesure de la ddp nasale est essentiel dans les formes atypiques où le test de la sueur peut être pris en défaut et la génétique n’identifier qu’une seule mutation [17-20]. Une élévation de la ddp nasale basale est fortement évocatrice de mucoviscidose. En revanche, une ddp nasale basale normale ne permet pas d’écarter formellement le diagnostic. La présence d’une forte réponse à la solution sans chlorure est un argument important contre le diagnostic de mucoviscidose. La réponse qui permet probablement de mieux discriminer entre les sujets sains et les patients atteints de mucoviscidose est la réponse combinée à la solution sans chlorure et à l’isoprotérénol [4]. Plusieurs études ont rapporté une relation entre la ddp nasale et la gravité de la maladie. L’existence de transports résiduels de chlorures semble liée à une fonction respiratoire relativement conservée [13, 21]. D’autres études ont montré que le statut pancréatique était lié aux transports de chlorures, alors que la fonction respiratoire était plutôt liée au transport du sodium [11, 22]. Il a été montré récemment une relation entre la ddp nasale et la sévérité fonctionnelle des mutations du gène CFTR [23].
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ANNEXE 1. ADAPTATION DE LA TECHNIQUE DE DDP NASALE CHEZ L’ENFANT. Le protocole que nous utilisons [10] est adapté de celui publié par Southern et al. (8/2001) ([9] Sermet-Gaudelus et al., 2006). Le nourrisson doit être calme, et est positionné en décubitus latéral dans le lit ou les bras de sa mère. Le débit de perfusion est réduit à 1 mL/min. Le cathéter est avancé sur 20 mm tous les 2,5 mm à partir de la jonction cutanéomuqueuse sur la marge latérale du plancher nasal. Le test est raccourci en 3 temps : ddp de base sous Ringer, mesure de la variation de la ddp après amiloride, puis isoprotérénol dans une solution pauvre en chlorures. La mesure de ddp exige l’immobilité du patient. En effet, le moindre déplacement de la sonde modifie considérablement la ddp. Dans la tranche d’âge des 3 mois-3 ans, il n’est pas possible d’obtenir la coopération des patients. Une sédation est donc absolument nécessaire. La sédation proposée a été validée par le Comité de lutte contre la douleur de l’hôpital Necker. Elle consiste en du Valium ® intrarectal (0,5 mg/kg) chez l’enfant de moins de 6 mois et de l’Hypnovel ® intrarectal (0,3 mg/kg) après 6 mois. Cette dernière molécule a l’avantage d’avoir une demi-vie plus courte (45 minutes contre 3 heures pour le Valium®) mais n’a l’AMM qu’à partir de 6 mois. Ces 2 molécules qui appartiennent à la famille des benzodiazépines ne modifient pas la ddp (observations personnelles). Le seul effet secondaire est le risque de fausses routes ou de chutes chez des enfants encore trop endormis au décours de l’examen. On n’autorisera donc le départ de l’hôpital des enfants qu’une fois parfaitement réveillés. Il existe par ailleurs un effet iatrogène théorique car les solutions perfusées dans la narine peuvent être dégluties ou absorbées par la muqueuse nasale. L’amiloride est un médicament utilisé en médecine interne pour son effet diurétique. L’isoprotérénol est une substance β-sympathomimétique commercialisée sous la forme pharmaceutique utilisée pour l’examen en solution pour administration intraveineuse. Lors de la mesure de ddp nasale, l’amiloride et l’isoprotérénol sont administrés à des concentrations 100 fois inférieures aux concentrations thérapeutiques et les doses pharmacologiques de ces substances qui pourraient être ingérées ou absorbées pendant le test sont négligeables. En pratique, le rythme cardiaque et la saturation en oxygène doivent être surveillés tout au long de l’examen.
Sensibilité, spécificité, reproductibilité La sensibilité de la mesure de différence de potentiel nasal pour le diagnostic de mucoviscidose est estimée à 90 % [24]. Ceci indique que certains patients atteints de mucoviscidose ont une différence de potentiel nasal basal normale. La sensibilité de l’examen est certainement nettement augmentée avec les mesures pharmacodynamiques. La spécificité de la mesure de ddp nasale pour le diagnostic de mucoviscidose est estimée à plus de 95 % [24]. La ddp nasale est normale dans les autres dilatations des bronches.
I. Fajac et al. Chez les sujets hétérozygotes obligatoires, la ddp nasale basale est normale, mais les transports des chlorures peuvent être diminués [13]. Il a été rapporté une augmentation de la ddp nasale basale dans le syndrome de Liddle où l’hypertension artérielle est due à des mutations du canal sodique épithélial [25]. La reproductibilité de la ddp nasale paraît bonne, mais à notre connaissance, aucune étude centrée sur ce point n’est disponible. Il est certain que, comme pour tout examen de laboratoire à visée diagnostique, la ddp nasale doit être répétée, ce d’autant que l’intégrité de l’épithélium est capitale et ne peut être vérifiée de façon certaine simplement. Au total, la ddp nasale est un examen diagnostique de la mucoviscidose reconnu dans les différentes conférences de consensus [26]. Son apport est capital dans les formes cliniques atypiques où les autres examens peuvent être pris en défaut. C’est aussi l’examen de choix pour évaluer les thérapeutiques visant à restaurer la fonction CFTR [27] et cet aspect se développera certainement avec la description de techniques permettant de mesurer la ddp dans les voies aériennes inférieures d’adultes [28, 29] et d’enfants [30].
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