Ventilation mécanique : les bases

La ventilation mécanique conventionnelle VMC :

La PEEP empêche la fermeture des alvéoles à la fin de l’expiration. Ce n’est pas le seul élément qui va déterminer l’oxygénation du patient. La PEEP essai de restaurer la capacité résiduelle fonctionnelle que le patient perd dans sa pathologie.

La ventilation mécanique conventionnelle, consiste à appliquer une pression positive pendant la phase inspiratoire pour insuffler un volume, dit volume courant. Le volume courant permet une bonne ventilation du patient et une élimination correcte du CO2 (l’hyperventilation entraîne l’hypocapnie, à l’inverse l’hypoventilation entraîne l’hypercapnie).

L’expiration est passive, par la force de rétrécissement thoracique.

Le volume courant :

Dit aussi Tidal Volume, Vt ou Vc, et le volume inspiré à chaque cycle respiratoire. Chez une personne en bonne santé, on estime le volume courant entre 6 et 8ml/kg. En cas de pathologie restrictive (MMH, atélectasie, épanchement majeur, distension abdominale majeure, toute pathologie qui diminue le volume des poumons disponibles pour l’échanges gazeux), le volume courant est plus bas. Un patient qui a besoin d’oxygène, à quelques exceptions, est atteint d’une pathologie restrictive. Car ses surfaces d’échanges sont diminuées, d’où le shunt, d’où la désaturation.

Pour compenser ce problème, on augmente la fréquence respiratoire. Si un patient est ventilé mécaniquement, si on lui insuffle de petits volumes, il va automatiquement augmenter ses fréquences respiratoires.

A l’inverse, si on donne des volumes trop importants à un patient avec une pathologie restrictive, on risque de provoquer des lésions. Il faut donc savoir pourquoi on intube et pourquoi on ventile notre patient.

Pour appliquer un volume courant, le ventilateur pousse de l’air, qui fait varier une pression (qu’on soit en mode volume, ou en mode pression, c’est le même mécanisme dans les deux cas). Certaines machines délivrent un débit continue, et le ventilateur à juste à varier sa valve expiratoire. Un capteur de débit mesure la quantité d’air administré. Donc :

Variation de pression → entraîne un flow de gaz /selon une durée →correspond à un volume délivré

La compliance :

Lorsqu’on applique une pression, une fois arrivé au sommet (steady-state), on atteint la capacité du poumon à se remplir : c’est la compliance.

La compliance reflète la distensibilité du poumon, elle est donnée par le volume sur le niveau de pression, soit :

C=ΔVΔP=Volument courantPcrètePpeep

Il y a une relation entre la taille du poumon, et le poids du patient. Donc on ajuste la compliance en fonction du poids de notre patient. Lorsqu’on dit que la compliance est à 1, cela signifie qu’il y a 1ml de volume qui rentre pour 1cmH2O de pression administrée (par rapport au poids du patient).

L’enfant prématuré, a une compliance entre 1,6mL/kg/cmH2O et 2mL/kg/cmH2O, en raison de sa cage thoracique souple. L’adulte se situe lui entre 0,8mL/kg/cmH2O et 1.0mL/kg/cmH2O.

La résistance :

La résistance détermine la quantité de pression exigée pour délivrer un flux de gaz. Elle est exprimée par un différentiel de pression sur un débit de gaz :

R=ΔPFlow

ou

ΔP=Flow*R

La résistance d’un tube dépend de son rayon, sa longueur, et le gaz ou le liquide qui le traverse (un liquide visqueux augmente la résistance par rapport à un liquide fluide).

Physiologiquement :

On a une partie de notre système respiratoire qui est résistive :

  • (Tube endotrachéale)
  • Trachée
  • Bronche
  • Bronchioles

Et on a une partie de notre système respiratoire qui a une compliance :

  • Les alvéoles

Cela signifie qu’avant que les alvéoles se gonflent, l’air doit traverser un composant résistant.

Notre but est d’appliquer le moins de pression pour le plus de volume possible. Et c’est la constante de temps qui entre en jeux pour y parvenir.

La différence de pression entre la PEEP et la Pcrète, est primordiale pour le risque de lésions qu’on entraîne chez le patient. Si on dépasse 15 de pression d’aide, ça devient problématique. A ce moment-là, peut-être vaut-il mieux changer de mode de ventilation. C’est pourquoi il est important d’obtenir le plus de volume possible avec le moins de pression.

La constante de temps :

Un changement de volume demande du temps pour se mettre en place. Quand un changement de pression est appliqué, le changement de volume instantané suit une courbe exponentielle, ce qui signifie que, si au début elle augmente rapidement, le volume ralenti au fur et à mesure qu’on s’approche du nouvel équilibre :

La constante de temps représente le temps nécessaire pour arriver à l’équilibre. Elle est donnée par :

Constante de temps = Compliance pulmonaire * Résistance pulmonaire

Donc la constante de temps sera plus élevée, si la compliance est élevée (une compliance élevée correspond à une compliance normale. La compliance peut être très élevée, dans le cas d’un thorax ouvert). Et si on a une résistance élevée, on aura besoin de plus de temps pour remplir ou vider ses poumons également.

Donc si un patient a des problèmes de compliances (compliance faible), ça va prendre moins de temps pour remplir ses poumons ! Pourtant, on imaginerait qu’un poumon malade a toujours besoin de beaucoup de temps pour se remplir : c’est faux.

Le temps nécessaire pour faire inspirer un patient et expirer, dépend de son système respiratoire, et plus particulièrement de sa compliance et résistance. On ne peut donc pas avancer de chiffre optimal général pour les patients, car il dépend de ces facteurs.

Patient A B C D E
Compliance C 2C 0.5C C C
Résistance R R R 0.5R 2R
Constante de temps T=R*C T=R*2C T=R*0.5C T=0.5R*C T=2R*C

Analyse des courbes :

On peut utiliser les courbes pour savoir dans quel registre (problème restrictif ou de compliance) se trouve le patient.

Si on dit au ventilateur d’appliquer une pression (mode pression), on va voir combien de volume il va administrer. Normalement :

  • Le volume augmente relativement rapidement, puis la courbe diminue peu à peu.
  • Le débit augmente très rapidement, puis diminue au fur et à mesure de l’inspiration (débit décélérant).
  • Quand on arrive à l’équilibre de pression, le débit arrive à 0, la courbe de volume doit être similaire à la courbe de pression.
  • La courbe de débit, quand elle arrive à 0, permet d’indiquer qu’on est arrivé au steady-state.

S’il n’y a pas de plateau à l’inspirium (et on peut le voir cliniquement chez notre patient), on sait déjà que notre réglage du temps inspiratoire est mauvais.

On doit également observer nos courbes à l’expirium. A l’expirium, le mouvement d’air est passif (rétraction thoracique), et comme l’air va dans le sens inverse, la courbe de débit passe en négatif. Si la courbe de débit d’expiration, n’arrive pas au temps alloué à 0, notre patient fait de l’air trapping, ou de l’autoPEEP. On provoque une PEEP intrinsèque, et on risque des problèmes hémodynamiques.

On observera également sur la courbe des volumes qu’elle ne revient pas à 0 à la fin de l’expirum (dans une situation où il n’y a pas de fuite).

Pour empêcher cette situation, il faut augmenter le temps d’expiratoire, et si besoin, donner des bronchodilatateurs (raison pour laquelle chez les patients asthmatiques, on tolère des temps expiratoires très long !).

On doit faire attention également à laisser le patient inspirer suffisamment longtemps. Si la courbe de débit s’interrompe brusquement sans atteindre le 0 dans la phase inspiratoire, c’est que la valve expiratoire s’ouvre trop tôt :

SI la valve expiratoire s’ouvre trop tôt, le patient ne va pas recevoir le volume dont il a besoin. Résultat, il respire plus vite.

En analysant également la courbe de volume, on ne verra pas de temps de plateau à la fin de l’inspirium. C’est que le patient n’a pas eu le temps d’avoir ses poumons gonflés convenablement :

Sur le ventilateur, il suffira d’augmenter le temps inspiratoire pour constater que, sans augmenter les pressions, le patient prend beaucoup plus de volume :

0516_003 0516_004

Gauche : vt = 120ml, droit vt = 159ml, ici, seul le temps inspiratoire change (il passe de 0.8 à 1.2s)

Le risque de régler un temps inspiratoire trop court, et de donner des pressions trop élevée pour augmenter le volume courant.

A l’inverse, le temps inspiratoire peut être trop long. On aura un temps de plateau visible sur la courbe du volume qui sera beaucoup trop long, et un débit qui restera longtemps à 0 avant dque la valve expiratoire ne s’ouvre :

Lors d’une aide inspiratoire, si l’on observe une élévation de la pression à la fin de l’expiration (et donc une chute de débit de la machine à cause de la « contre-pression », ceci indique que le patient veut expirer plus tôt : le temps inspiratoire est trop long. Du coup le patient lutte contre le ventilateur pour expirer.

Attention particulièrement à certains modes, comme le TCPL sur le Fabian, qui fonctionne à débit continue. TCPL = Cyclé dans le Temps, Limité dans la Pression. Dans certains ventilateurs néonataux anciens, on règle un temps inspiratoire et un temps expiratoire (comme le Babylog).

Certains ventilateurs permettent de fixer un arrêt de cycle, mais aussi un temps inspiratoire maximal malgré tout (dans le SLE 5000 par exemple). L’avantage de l’arrêt de cycle, c’est que si la compliance pulmonaire du patient s’améliore, la constante de temps va augmenter, et le ventilateur va s’y adapter.

Il faut faire attention s’il y a des fuites. Car dans cette situation, le ventilateur va toujours pousser un certain débit pour compenser les pertes. Donc la courbe de débit ne reviendra jamais à 0 ! Et la courbe de volume ne reviendra pas non plus à 0 (puisque le ventilateur pensera qu’il y a plus d’air dans le poumon). Seul moyen de s’assurer que notre ventilation est correcte : regarder comment le thorax du patient bouge !

Attention, dans le cas d’un patient avec des fuites, l’arrêt de cycle ne doit pas être réglé trop bas. Car comme le ventilateur va toujours délivrer un débit pour compenser les fuites, la valve expiratoire va s’ouvrir trop tard. Pour savoir comment le régler : on observe comment le thorax du patient bouge.

Ce schéma résume ben tout ce que l’on observe :

C’est au final le patient qui dicte quel est son temps inspiratoire et son temps expiratoire nécessaire, donc d’une certaine manière sa fréquence respiratoire.

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