Principes de base de la ventilation mécanique conventionnelle

Buts de la ventilation :

La ventilation vise à améliorer les échanges gazeux, à savoir :

  • Assurer un apport en oxygène
  • Eliminer le CO2
  • Assurer les échanges gazeux entre le milieu extérieure et les cellules.

Elle doit permettre chez notre patient de :

  • Diminuer les efforts inspiratoires
  • Diminuer les lésions
  • Améliorer le confort de l’enfant

Les différents modes ventilatoires visent à optimiser ces trois points, de manière différente.

Le cycle respiratoire :

Une différence de pression créé un débit d’air. Ce débit d’air rapporter sur un certain temps permet d’obtenir un volume.

Dans le cycle respiratoire normal, l’inspiration est marquée par un déclenchement et une expansion pulmonaire, l’expiration est-elle normalement un simple relâchement. Le déplacement de l’air est passif, il se déplace selon un gradient de pression, et se dirige toujours d’une zone à haute pression en direction d’une zone à basse pression, jusqu’à équilibre.

Ventilation spontanée Ventilation mécanique
Inspiration Différence de pression entre la pression atmosphérique et la pression alvéolaire Le débit d’air est poussé dans les alvéoles par la machine grâce à une pression positive

Donc sur notre ventilateur, la courbe de la pression, du débit et du volume, sont intimement liées :

La pression transmurale :

La pression transmurale (dite aussi PTM) est une différence de pression de part et d’autre d’une paroi. Si on considère la pression dans l’alvéole, et la pression pleurale, la pression transmurale est une différence de ces deux pressions.

Dans le cas des poumons, on s’intéresse à cette pression transpulmonaire, puisque le volume va dépendre de cette pression (le volume est directement proportionnel à la pression transmurale) :

Le cycle respiratoire en ventilation mécanique :

Le cycle respiratoire comprend lui aussi deux temps : un temps inspiratoire, et un temps expiratoire. Ils se décomposent de cette manière :

  1. Un temps inspiratoire :
    1. Le déclenchement de la respiration
    2. La pente inspiratoire
    3. La délivrance d’un volume
    4. Un signal permettant le passage de l’inspiration à l’expiration
  2. Un temps expiratoire
    1. Un temps expiratoire avec le maintien d’une Peep
    2. Un signal permettant le passage à la nouvelle inspiration

Le déclenchement de la respiration :

Dans un mode contrôlé, la machine va déclencher elle-même l’inspiration en fonction du réglage de la fréquence. Ça peut dépendre également du temps inspiratoire et du temps expiratoire enregistrés (selon l’appareil).

Mais si l’on se trouve dans un mode assisté, le patient va être autorisé à respirer. Pour « entendre » quand le patient souhaite respirer, on doit régler un « trigger ». Ce trigger détecte l’effort inspiratoire du patient, et le ventilateur va y répondre en délivrant une inspiration.

Lorsque le patient inspire, il provoque une baisse de la pression dans les tuyaux, et il modifie le débit. Le trigger peut se régler sur ces éléments :

  • Une pression négative (cmH2O) : le trigger est en pression
  • Une modification de débit (L/min) : le trigger est en débit

La sensibilité du trigger peut être réglée : il faut que le patient fasse une dépression assez forte ou une modification de débit suffisamment importante pour que le machine le détecte, selon notre réglage. On visualise sur l’écran du respirateur lorsque le patient triggue une modification de la courbe ou l’apparition d’un symbole.

Le trigger en débit :

Le ventilateur fournit un débit en continue au cours de chaque inspiration. Par exemple, en fin d’expirium, le ventilateur délivre un débit de base de 0.5L/min.

Lorsque le patient va débuter une inspiration, il inhale ce débit de base, ce qui va faire diminuer le débit de base expiratoire continu. Dès que le capteur enregistre une différence de débit entre l’expiratoire de base et l’inspiratoire inhalé équivalent à notre réglage, une inspiration est administrée.

Le trigger de débit est plus sensible.

Le trigger en pression :

Sur tout les modes, on règle une PEEP, ce qui signifie qu’il règne toujours dans les tuyaux une certaine pression, même à la fin de l’expirium. Lorsque le patient va créer une dépression selon notre réglage (par exemple, si on règle le trigger à -2, et que la PEEP est à 5, le seuil de détection sera à 3cmH2O), le ventilateur va déclencher l’inspiration.

Le trigger en pression est plus dur à déclencher, car en plus de modifier le débit, le patient doit créer une dépression, ce qui demande davantage d’effort.

Le trigger :

Le trigger permet donc :

  • Une synchronisation de la ventilation patient – machine
  • Ainsi le patient contrôle sa fréquence respiratoire
  • Son effort inspiratoire s’en retrouve diminué

Mais lors d’une ventilation mécanique, et lorsqu’on règle le trigger, on doit être attentif à certains points :

  • L’auto-trigger : la machine détecte une modification de débit ou de pression, et pense que l’enfant souhaite respirer, alors que ce ne sont que de l’eau dans les tuyaux ou des sécrétions dans le tube par exemple. Résultat, l’enfant reçoit des inspirations qu’il n’a pas souhaité. Pour résoudre ce problème, il faut supprimer la cause de l’auto-triggue et/ou modifier le réglage du trigger afin de demander plus d’effort de la part du patient.
  • Les fuites : s’il y a trop de fuite au niveau du tube, mieux vaut régler le trigger en pression. Car les fuites seront compensées par une modification du débit de base inspiratoire continu qui complique l’écoute du patient si le trigger est en débit.
  • Non-déclenchement : l’enfant souhaite respirer mais ses efforts ne sont pas captés, et l’inspiration souhaitée n’est pas délivrée. Dans ce cas, il faut revoir le réglage du trigger afin de faciliter l’écoute du patient.

L’inspiration :

En appliquant une pression positive et donc un débit, on délivre un certain volume à notre patient à chaque inspiration, qui est le volume courant (Vt). En générale, on vise entre 6 et 7ml/kg de volume courant.

L’inspiration se divise en trois étapes :

  • La pente inspiratoire
  • La montée en pression et délivrance du volume
  • La durée de l’inspiration

La pente inspiratoire :

La pente inspiratoire fait partie de la phase inspiratoire : c’est le tout début de l’inspiration. Elle peut être réglée en seconde, parfois en pourcentage. Elle est présente dans tous les modes de ventilation lorsque la machine soutien la respiration par une pression ou un volume.

C’est la vitesse et le temps que met le débit ou la pression à atteindre sa valeur maximale pour assurer une ventilation. Elle est très importante en ventilation non invasive, car c’est le temps que va mettre l’air pour arriver au patient. Si la pente est trop lente, le patient va manquer d’air. Si elle est trop rapide, elle va surprendre le patient.

Pour son réglage, on préconise en générale 5 à 10% d’un cycle respiratoire complet. Mais il faut observer comment le thorax se soulève (harmonie de l’ampliation thoracique), observer si le patient est confortable.

La montée en pression et délivrance du volume : l’expansion pulmonaire :

On contrôle l’extension de deux manières :

  • Soit en volume contrôlé, en fixant un volume
  • Soit en pression contrôlée, en fixant une pression

Lorsque l’on fixe comme paramètre une pression, le volume administré peut varier. Lorsqu’on fixe comme paramètre un volume, la pression peut varier.

Lorsqu’on souhaite prérégler une pression pour un patient que l’on ne connait pas, un niveau de pression sur PEEP de 10 à 15cmH2O est pas mal. Puis l’on ajuste la pression sur niveau de PEEP en fonction de notre patient, notamment :

  • De son volume courant Vt
  • Sa clinique et son auscultation
  • Ses valeurs de la gazométrie

L’expansion pulmonaire dépendra de :

  • Sa compliance : quel est le volume administré (en ml) par rapport à la pression administrée () et aux poids du patient (kg) ?

Compliance = Volume (en litre) / Pression (en cmH2O)

  • Sa résistance : quelle variation de pression faut-il pour maintenir un débit d’air suffisant ? La résistance caractérise l’obstacle à l’écoulement d’un gaz, donc elle dépend de la différence de pression d’un gaz à l’entrée d’un conduit et à sa sortie :

Résistance = Débit du gaz / Delta de Pression

La résistance dépend de la longueur du conduit, de son diamètre, et de la densité du gaz.

Ces éléments permettent d’obtenir la constante de temps. La constante de temps est le temps nécessaire au système respiratoire devant d’adapter à une variation de pression intra-alvéolaire. La constante de temps se calcule ainsi : Ct (en seconde) = Résistance * Compliance

Il faut tenir compte de la constante de temps à l’inspiration, et à l’expiration. Elle doit également tenir compte de la pathologie du patient : si un patient à une pathologie restrictive (donc une compliance diminuée), le temps inspiratoire sera plus court. Si son état s’améliore, il faut augmenter le temps inspiratoire. La courbe de débit nous permet d’identifier le temps nécessaire à l’inspiration et à l’expiration.

La durée de l’inspiration :

Comme la constante de temps dépend de la résistance et de la compliance de notre patient, on ne peut pas se fier au rapport I :E = ½.

Pour régler correctement le temps inspiratoire, on se pose trois questions :

  1. Quelle est la fréquence respiratoire spontanée du patient ? Nous pouvons ainsi déterminer quelle est la durée d’un cycle respiratoire complet (par exemple : pour une fréquence à 60, il sera de 1s, pour une fréquence à 20, il sera de 3s)

Selon les respirateurs, les réglages diffèrent :

    1. Chez certains respirateurs (néonataux notamment), on règle un temps inspiratoire, et un temps expiratoire : la fréquence respiratoire est déterminée par ces deux temps.
    2. Chez d’autres (comme le Servo I), on règle une fréquence respiratoire, et un temps inspiratoire. Le temps expiratoire en sera déduit automatiquement.
  1. Le patient a-t-il une pathologie pulmonaire ?

Le but est d’estimer sa compliance pulmonaire ainsi que son élasticité :

    1. Un poumon rigide se remplit rapidement : on règle un temps inspiratoire court.
    2. Un poumon compliant demande un temps inspiratoire plus long pour se remplir : le temps inspiratoire sera allongé.
  1. Comment est notre courbe de débit ?

On s’intéresse à la courbe de débit de notre patient. A l’inspiration, on ne doit pas observer de « cassure ». Elle doit normalement revenir à 0, ce qui indique la fin de l’inspiration, puisqu’il n’y a plus de flow : on est arrivé à l’équilibre.

On peut tester notre réglage du temps inspiratoire, en l’augmentant :

    1. Si aucune augmentation de volume ne se produit, le temps inspiratoire réglé initialement est adéquat.
    2. Si le volume inspiré augmente, le temps inspiratoire réglé initialement était trop court.

L’expiration :

  • En mode contrôlé :

La valve s’ouvre selon un temps régler (garce au réglage FR/tpsinsp ou tpsins/tpsexp), et déclenche donc l’expiration. Si le patient tousse, et provoque une augmentation de pression importante, la valve va s’ouvrir par sécurité pour éviter les barotraumatismes.

L’expiration doit être suffisamment longue pour permettre au patient d’expirer tout son air. Car si la machine déclenche automatiquement un cycle inspiratoire avant qu’il n’ait fini d’exsuffler, le patient va faire de l’auto-peep.

On observe donc la courbe de débit, comme pour l’inspiration. Si la courbe de débit ne revient pas à 0, c’est que les poumons n’ont pas eu le temps de se vider.

Un patient atteint d’une pathologie pulmonaire augmentant ses résistance (par exemple l’asthme), nécessite un temps expiratoire prolongé. Son débit maximal expiratoire sera également moins élevé :

  • En mode assisté/spontané :

En mode assisté, on ne règle pas de temps inspiratoire. Ce qui va définir l’ouverture de la valve expiratoire, est une suppression, si l’enfant fait un effort pour expirer, et un réglage que l’on nomme « arrêt de cycle ».

L’arrêt de cycle est donc un signal qui dit à la machine quand ouvrir la valve expiratoire. L’arrêt de cycle va s’intéresser pour chaque inspiration à la vitesse du débit inspiratoire maximum. Pour chaque inspiration, il va déterminer le Peak Flow (vitesse de débit maximale), qui correspond à 100%.

Lorsqu’on règle un « arrêt de cycle » à 10%, on explique à la machine que quand le débit inspiratoire chute à 10% de sa valeur maximale, elle doit ouvrir la valve expiratoire. Lorsqu’on règle un arrêt de cycle à 40%, quand le débit inspiratoire chute à 40% de sa valeur maximale, la valve expiratoire s’ouvre.

Si l’enfant respire à un débit maximal de 50l/min, et qu’on a réglé un arrêt de cycle à 20%, dès que le débit diminuera à 10l/min, la valve va s’ouvrir.

Dans des conditions idéales, plus l’arrêt de cycle est bas, plus le temps inspiratoire est long. Si les poumons continuent de se remplir, c’est qu’on n’est pas encore au niveau de la constante de temps. L’arrêt de cycle devrait donc être au plus bas.

En résumé, l’arrêt de cycle :

  • Permet l’ouverture de la valve expiratoire, et donc le passage de l’inspiration à l’expiration
  • S’intéresse à la courbe de débit
  • S’observe dans la partie décélérante du débit, lors de la phase inspiratoire
  • Mesure le pourcentage de décélération du débit, en fonction du débit maximum d’inspiration considéré comme 100%
  • Plus sa valeur est basse, plus le temps de plateau est long

Attention, en cas de fuite, le ventilateur va compenser les fuites en maintenant un débit. Si l’arrêt de cycle réglé est trop bas, le ventilateur n’atteindra pas cette valeur, et le temps inspiratoire sera trop élevé. Seule solution pour régler l’arrêt de cycle dans cette situation : observer le thorax du patient et voir quand il atteint son plateau.

Modes de ventilation :

On peut ventiler notre patient, en volume, ou en pression. Ensuite, on détermine la façon dont le ventilateur va délivrer les gaz :

  • Modes contrôlés :
    • VC : ventilation contrôlée
    • PC : pression contrôlée
    • VCRP : Ventilation contrôlée à régulation de pression
  • Modes semi-assistés :
    • VACI :
    • Bi-vent
    • Automode
  • Modes spontanés :
    • VS peep + AI : ventilation spontanée avec aide inspiratoire
    • VA : volume assisté
    • NAVA : Neurally Adjusted Ventilatory Assist

Rôle infirmier en ventilation invasive :

A notre tour de lit, on contrôle :

  • Le mode de ventilation
  • La fréquence respiratoire
  • Les pressions ou les volumes délivrés : combien de ml/kg arrive au patient ?
  • Le trigger est-il correctement réglé ?
  • Le temps inspiratoire est-il adapté d’après nos courbes ?
  • Vérifier les alarmes de volume minute
  • Régler la limite supérieure de pression
  • Le filtre date de quand ?
  • L’humidificateur est-il à la bonne température ? A-t-il de l’eau ?
  • Le ballonnet est-il correctement gonflé ? (Normalement pas de ballonnet en dessous de 8ans, sauf cas particuliers)
  • Les tuyaux sont-ils à la bonne taille ? (Petits tuyaux pour les moins de 15kg)
  • La catégorie de patient est-elle juste ?
  • Le capteur de CO2 est-il bien réglé ?

Lexique :

Pression de crête ou PIP : Pression maximale lors de l’inspiration

Pression niveau sur PEEP : valeur en cmH2O à ajouter à la valeur de PEEP pour assurer une ampliation thoracique (c’est elle qui détermine le volume courant Vt)

Pression de plateau : pression stable durant l’inspiration, les gaz sont administrés de façon homogène.

PEEP : pression positive en fin d’expirium

Pression moyenne : moyenne des pressions durant les phases inspiratoires et expiratoires :

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