Ventilation mécanique
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En médecine, la ventilation mécanique (VM) consiste à suppléer ou assister à la respiration spontanée à l'aide d'un appareil nommé respirateur ou ventilateur. Elle se pratique le plus souvent dans un contexte de soins critiques (médecine d'urgence, soins intensifs ou intermédiaires) et d'anesthésie mais peut aussi être fournie à domicile à des patients porteur d'une insuffisance respiratoire chronique. L'interface patient-ventilateur est soit une sonde endotrachéale, un masque étanche (facial ou nasal), une canule de trachéotomie, un masque laryngé, ou, exceptionnellement un combitube.
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[modifier] Physiologie
Lors de la respiration spontanée, l'abaissement du diaphragme et une expansion de la cage thoracique créent une diminution de la pression alvéolaire (pression négative si on la compare à la pression atmosphérique). C'est cette pression négative qui entraîne l'entrée d'air dans les poumons.
La ventilation mécanique utilisée en médecine est antiphysiologique; c'est une ventilation dite en pression positive (VPP). Cela signifie que l'entrée d'air dans les poumons n'est plus causée par une différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur des poumons mais par une augmentation de la pression à l'intérieur des poumons.
Alors que dans la respiration spontanée, la pression intrathoracique tourne autour de zéro plus ou moins quelques hectopascals (1 hPa = 1 cmH2O), la VPP crée des pressions intrathoraciques pouvant aller au-delà de 40 hPa (ou 40 cmH2O). Les effets collatéraux de cette mise en pression du thorax sont :
- risque de barotraumatisme (traumatisme alvéolaire, de pneumothorax...) corrélé à la pression dite de plateau
- diminution du retour veineux proportionnellement à la pression intrathoracique moyenne (Pmoy).
Sous ventilation mécanique l'augmentation de la FiO2 ou de la Pression expiratoire positive permet de majorer l'oxygénation ou plus exactement de corriger un déficit d'oxygénation (hypoxémie). Le réglage de la ventilation alvéolaire minute modifie directement la PCO2.
[modifier] Concepts de base
Il existe de multiples modes ventilatoires. Et il faut faire attention à ne pas se perdre. Beaucoup sont géniaux selon leurs concepteurs mais en pratique fantaisistes, peu ou pas validés. Il faut bien maîtriser la ventilation en volume contrôlée (VAC) et la ventilation spontanée avec aide inspiratoire (VS-AI).
Pour se repérer il faut se rappeler que la ventilation mécanique tente de suppléer ou assister la ventilation du patient avec deux objectifs :
- assurer l'oxygénation. Pour cela on peut quelque soit le mode régler la FiO2et la PEEP.
- permettre l'élimination du gaz carbonique. Pour cela il faut distinguer les modes contrôlés ou la consigne de ventilation alvéolaire minute choisie par le prescripteur sera toujours délivrée par la machine des modes spontanés ou au contraire il n'y a aucune garantie sur le volume minute délivré. Il résulte dans ce cas de la juste adéquation entre les capacités du patient et les réglages de la machine.
A côté des multiples modes, il existe de multiples interfaces. L’interface avec le patient est soit invasive :
- sonde orotrachéale, nasotrachéale ou de trachéotomie
- masque laryngé
soit non invasive (Ventilation Non Invasive (VNI)):
- masque bucco nasal, nasal ou facial
Il n'y a pas de lien strictement obligatoire entre mode et interface toutefois il est habituel d'utiliser seulement des modes spontanés en VNI.
[modifier] Vocabulaire
- Vt : Volume courant : c'est le volume d'air qui entre et qui sort des poumons à chaque respiration (0,5 l).
- VM : Ventilation alvéolaire minute : c'est le principal déterminant de la pCO2. De l'ordre de 5 à 10 l / minutes. On peut écrire VM = f * (Vt - Espace mort)
- Ve : Volume de l'espace mort L'espace mort représente la trachée et les bronches balayées par la ventilation mais qui ne participent pas aux échanges gazeux. C'est de l'ordre de 150 ml (+sonde d'intubation + filtre).
- Fréquence respiratoire (f) : c'est le nombre de cycles (inspiratoire + expiratoire) par minute.
- Temps inspiratoire (Ti) : c'est la période pendant laquelle l'air entre dans les poumons, autrement dit la durée de l'inspiration.
- FiO2 fraction en oxygène des gaz inspirés
- PEP: pression expiratoire positive pression persistante durant le temps expiratoire
- AI : aide inspiratoire : niveau de pression qui va s’appliquer dans les voies aériennes du patient durant le temps inspiratoire en mode VSAI
- P moy : pression moyenne dans les voies aériennes, facile à mesurer automatiquement, peu utile en pratique
- P crête : pression maximale dans les voies aériennes, facile à mesurer automatiquement. C’est sur cette pression qui est soumise à une alarme de surpression le plus souvent.
- P plat : pression dite de plateau difficile à mesurer automatiquement. C’est pourtant cette pression qui est le mieux corrélée au risque de barotraumatisme
- VS-AI Ventilation spontanée avec Aide Inspiratoire
- VC ventilation en volume contrôlé ou ventilation contrôlée
- VAC ventilation en Volume Assistée Controlée
- PC ou VPC ventilation en pression contrôlée
- VACI ventilation en Volume Assisté Contrôlé Intermittente
- BIPAP Biphasic Intermittent Positive Airway Pressure : c'est un mode ventilation contrôlée en pression (attention différent de l’appellation qui prête à confusion de ventilation à 2 niveaux de pressions qui induit une confusion avec la VSAI).
- CPAP Continous Positive Airway Pressure : maintien d'une pression constante positive dans les voies aériennes facilement délivré avec un dispositif type boussignac
- VM ventilation mécanique
[modifier] Déclenchement - notion de trigger
Trigger signifie gachette en anglais.
Déclenchement inspiratoire : le trigger inspiratoire représente la sensibilité avec laquelle la machine reconnaît un effort inspiratoire du patient. Il existe des triggers en débit ou en pression selon les machines. Le triggger en débit est réputé meilleur. Si le patient déclenche la machine (c'est-à-dire produit un effort supérieur au seuil du trigger) la machine déclenche un cycle contrôlé si le patient est en VAC ou spontané si le patient est en VS aide). Son réglage est facultatif en VAC (selon le niveau d'éveil du patient) en revanche il est fondamental en mode spontané.
Déclenchement expiratoire: en ventilation contrôlée la fermeture des valves inspiratoires et/ ou l'ouverture des valves expiratoires résultent simplement des paramètres de volume courant et de fréquence. En revanche, le réglage du trigger expiratoire en ventilation spontanée est affaire de spécialiste. Souvent il existe un préréglage de la machine non modifiable.
[modifier] Alarmes
Cette fonctionnalité essentielle du ventilateur a deux buts :
- Avertir le personnel clinique lorsque certains paramètres atteignent des valeurs critiques.
- Cesser l'inspiration dans le cas de certaines de ces valeurs.
Il existe de multiples alarmes. En pratique seulement certaines sont fondamentales à régler. Ce sont: Quel que soit le mode:
- Pression maximale. L'atteinte de cette pression entraine toujours la fin de l'inspiration.
- Pression minimale. L'atteinte de cette pression indique un débranchement du patient et / ou une extubation
En mode spontanée:
- Fréquence maximale
- Ventilation minute minimale
- Apnée (temps maximal)
[modifier] Paramètres de bases
[modifier] Pression Expiratoire Positive
Article détaillé : pression expiratoire positive.[modifier] FiO2
On la règle au minimum pour obtenir une hématose suffisante . Des hauts niveaux de FiO2 sont réputés provoquer des atélectasies. Il faut toutefois anticiper et n'hésitera pas à mettre une FiO2 à 1 en cas d'induction. Idem en cas de transport (période à risque d'extubation)
[modifier] VM = (Vt -Ve)* f
On règle Vt et f en ventilation contrôlée de manière à avoir une normocapnie. En mode spontané ce qui participe le plus à VM c'est le niveau d'aide (AI).
[modifier] Seuil de déclenchement
Il existe deux façons dont le patient ventilé peut « déclencher » une respiration, c'est-à-dire dont le ventilateur peut se rendre compte que le patient fait un effort respiratoire; la majorité des ventilateurs modernes offrent les deux possibilités. Notez que pour des raisons techniques, il est impossible d'utiliser les deux en même temps.
- Déclenchement par pression : l'inspiration se déclenche lorsque le patient crée une pression négative (ou sous le niveau de PEP) en inspirant. C'est le plus ancien des modes de déclenchement.
- Déclenchement par débit : le respirateur laisse circuler un certain débit de gaz dans le circuit pendant la pause respiratoire. Lorsque le débit du côté expiratoire du cirduit est plus petit que celui du côté inspiratoire, le respirateur sait que le patient a débuté une inspiration. Ce mode de déclenchement à été développé dans le but de diminuer le travail que doit fournir le patient pour déclencher une inspiration.
Ajustement : bien qu'il soit en général admis qu'un seuil de déclenchement le plus bas possible soit souhaitable pour minimiser l'effort que le patient doit fournir, il est important de savoir qu'un seuil de déclenchement trop sensible peut être la cause d'auto-déclenchement. On parle d'auto-déclenchement lorsque le respirateur interprète comme un effort respiratoire ce qui n'en est pas un (ex : battement cardiaque, tubulure secouée, mouvement non-respiratoire du patient, ...).
[modifier] Aide inspiratoire
Il s'agit d'une pression constante que le ventilateur applique au cours du temps inspiratoire afin de faciliter les respirations du patient. Son niveau est ajusté par le clinicien en fonction des volumes courants désirés et de l'efficacité des respirations spontanées du patient.
Certaines machines offrent un asservissement automatique du niveau d'aide inspiratoire à certains paramètres de la ventilation : la logique de l'algorithme est de s'adapter aux besoins du malade en augmentant l'aide s'il se fatigue et inversement. L'asservissement se fait sur le volume courant (Siemens) ou sur la fréquence (Taema).
[modifier] Paramètres avancés
[modifier] Rapport I/E
On augmente le temps expiratoire en cas d'auto-peep importante.
[modifier] Débit d'insuflation
Il est lié au rapport I/E et au temps de plateau. Idéalement en mode spontané on met un débit de l'ordre de 70 l/min.
[modifier] Forme de la courbe de débit inspiratoire
Ce paramètre s'applique seulement en ventilation volumétrique.
- Débit constant.
- Débit décroissant (selon un algorithme logiciel du respirateur) ; a été conçu par la compagnie Puritan-Bennet pour imiter la courbe de débit d'une respiration spontanée et éviter le pic de pression en fin d'inspiration.
- Débit sinusoïdal (selon un algorithme logiciel du respirateur).
[modifier] Pauses
Une pause inspiratoire est une période entre l'inspiration et l'expiration où les valves inspiratoires et expiratoires sont fermées. Elle est utilisée que pour mesurer la pression de plateau et en déduire la compliance pulmonaire. Une pause expiratoire est une période entre l'expiration et l'inspiration où les valves inspiratoires et expiratoires sont fermées. Elle est utilisée que pour mesurer le niveau d'auto PEP.
[modifier] Soupirs
Règlage propre à certains vieux respirateurs (désuet). En ventilation mécanique, un soupir est une respiration de plus grand volume où l'on tolère une pression de pointe plus élevée (le ventilateur modifie temporairement le niveau de son alarme de pression de pointe.
[modifier] Modes de ventilation
Un mode ventilatoire est la somme d'un ensemble de caractéristiques.
Noter que les noms et abréviations désignant un même mode varient d'un fabriquant de respirateur à l'autre. Par exemple la "VCRP" (voir plus bas) sur les respirateurs "SERVO" est désigné pas "VC+" sur les respirateurs Puritan-Bennet.
[modifier] Ventilation contrôlée volumétrique ou en pression
[modifier] Ventilation en volume contrôlé (VC) ou ventilation assistée contrôlée (VAC)
Tous les cycles ont les caractéristiques de la consigne (Vt, Ti ...). Il sont soit déclenchés par le patient soit imposés par la machine si la fréquence du patient est insuffisante (c'est-à-dire inférieure à f donnée en consigne). VC et VAC ne diffère que par le réglage du trigger qui est mis sur off en VC.
[modifier] Ventilation en pression contrôlée (PC ou VPC)
Développé pour réduire les pics de pressions et donc le barotraumatisme, c'est un mode relativement peu maniable. Dans ce type de ventilation le respirateur applique une pression (consigne déterminée par le clinicien) sans égard au volume que cela fait entrer dans les poumons. Ce volume est donc déterminé par les caractéristiques mécaniques du poumon qui sont la résistance mécanique et la compliance pulmonaire. Il est indispensable de bien régler ses alarmes de volume pour s'assurer que le patient soit suffisamment ventilé.
[modifier] Volume Contrôlé à Régulation de Pression (VCRP)
La VCRP est un mode de ventilation auto-régulé dérivé de la pression contrôlée où la pression est ajustée entre chaque respiration en fonction d'un volume cible (réglé par le clinicien). La pression nécessaire pour atteindre le volume visé est calculé par le respirateur à partir du volume expiré moyen des dernières respirations et de la pression qui avait été utilisée. Ce mode à l'avantage d'assurer une ventilation minute minimale comme le ventilation volumétrique tout en maintenant les pression les plus basses possible.
[modifier] Ventilation spontanée
[modifier] Ventilation spontanée (VS) avec aide inspiratoire (VS+AI)
- On règle FiO2 et PEP mais on revanche on n'est pas maître de la ventilation alvéolaire du patient. Aucune fréquence n'est réglée dans ce mode, le respirateur se contente pressuriser le circuit avec une aide inspiratoire à chaque fois que le patient initie une respiration. Il faut accorder un soin tout particulier aux réglages de trigger. Le trigger inspiratoire, au mieux en débit, est réglé au minum possible sans que l'on observe d'auto déclenchements. Le trigger expiratoire est le plus souvent paramétré à 25% du débit inspiratoire maximal. Parfois on peut régler un temps inspiratoire qui limite l'inspiration surtout en cas de fuites. la durée du temps expiratoire dépend exclusivement du patient (et du niveau de trigger).
- Certains appelle la VSAI la ventilation à deux niveaux de pression par opposition à la CPAP facilement réalisable avec un dispositif de Boussignac. Toutefois cette terminologie introduit une confusion avec le mode BIPAP de Drager qui est une ventilation contrôlée.
[modifier] Autres modes de ventilation
[modifier] Ventilation Assistée Contrôlée Intermittente (VACI)
C'est un mode hydride. Les cycles sont soit conforme à des cycles contrôlés soit conformes à des cycles spontanés. Proné comme mode de sevrage et longtemps utilisé comme tel il a beaucoup perdu en 2008 de ses défenseurs. Il offre pour certains un mode de sevrage avec un minimum de ventilation garanti.
[modifier] Continous Positive Airway Pressure (CPAP)
En pratique le terme de CPAP désigne 2 choses. D'un côté, on peut le réaliser sur un respirateur traditionnel on choisissant un mode VSAI et en réglant le niveau d'aide (AI) à 0. D'un autre côté il existe un dispositif appelé CPAP de Boussignac nettement moins encombrant qu'un respirateur. La Boussignac a connu un essor important dans la prise en charge préhospitalière des OAP notamment du fait de son faible encombrement et de sa facilité d'utilisation.
[modifier] Choix d'un respirateur
- En réanimation . Le choix d'un respirateur performant est indispensable notamment en cas de syndrome de détresse respiratoire aigu.
- Au bloc opératoire les exigences sont relativement moindres. Les modes spontanés ne sont en 2008 pas indispensables. En revanche les respirateurs doivent permettre de délivrer des hypnotiques volatils halogénés.
- En préhospitalier et en transport les caractéristiques d'autonomie énergétiques et de consommation en oxygène sont les principaux déterminants du choix d'un respirateur.
Quel que soit le choix, il faut adjoindre à côté de tout respirateur de quoi faire face à une panne d'énergie ou d'oxygène.
[modifier] Complications
- Hypoxémie iatrogène et autres complications en rapport avec les prothèses invasives (extubation, intubation sélectives, rupture de trachée, sténose trachéale ...) ou les masques faciaux (escarre du nez, inhalation si vomissements).
- Pneumopathie nosocomiale si ventilation invasive, risque incontournable corrolaire obligatoire de la technique.
- Baro-trauma avec notamment pneumothorax ou traumatisme alvéolaire pour lequel on préconise de respecter une pression de plateau inférieur à 30 cm H20.
- Volu-trauma.
- PEP intrinsèque (PEPi) : est causé par une expiration incomplète. Il peut être causé par un temps expiratoire trop court ou des résistance augmentées. Il faut se rappeler qu'en ventilation mécanique, l'expiration est passive et que la vitesse à laquelle l'air sort du poumon dépend exclusivement des caractéristiques mécaniques de ce celui-ci. Les conséquences d'une PEPi élevée sont une diminution du retour veineux pouvant entraîner une hypotension, une augmentation du risque de barotrauma à cause de l'hyperinflation dynamique. Cette complication survient principalement sur des terrains asthmatiques et/ou BPCO.
