Ventilation mécanique

La fonction respiratoire est une fonction vitale dont la suppléance est assurée par la ventilation mécanique. 

Qui peut être non invasive grâce à l’utilisation d’un masque facial ou
invasive grâce à une sonde d’intubation, une canule de trachéotomie ou un masque laryngé.

Sur cette page nous aborderons surtout la ventilation invasive.

Dans des situations extrême ont peut avoir recours à l’oxygénation extracorporelle quand l’échangeur pulmonaire est trop abîmé et ne peut plus assurer ses fonctions d’échange.

La respiration spontanée est une ventilation en pression négative. se sont les mouvements du diaphragme et de la cage thoracique qui créent une pression négative intrathoracique entraînant un appel d’air dans les poumons

La ventilation artificielle est par définition anti physiologique du fait qu’elle est en pression positive : un appareil insuffle de l’air dans les poumons, par l’intermédiaire d’un masque facial, laryngé, une sonde d’intubation ou une canule de trachéotomie.

Apporter l’oxygène 
Éliminer le CO2 
Éviter les complications (Volotraumatisme, Barotraumatisme) 

 

Classiquement on distingue les modes :
Contrôlés (les plus anciens) qui peuvent êtres en volume ou en pression (VC / PC)


Assistés / Contrôlés: différent des anciens modes car permettent au patient d’initier un cycle inspiratoire qui va être assisté par la machine, hors des cycles imposés par la fréquence respiratoire réglée sur la machine

Ex :
VAC / VACI – VVMI / SIMV
PAC/PACI – BIPAP / APRV


Spontanés (mode sevrage le plus utilisé): dans ce mode tous les cycles sont déclenchés par le patient (mais ce mode nécessite un mode de secours en cas de fatigue respiratoire)
VS – AI

Respirateurs d'hier à aujourd'hui

Comment régler un respirateur

– Contrôlé (VC / PC) 
– Assisté/Contrôlé
(en volume : VAC/VACI/VVMI/VIV …  ou
en pression : PAC / PACI / BIPAP / APRV …)

– Spontané (VS-AI + PEP) 
– Proportionnels : PAV / PAV+ / NAVA 
– Automatisés : ASV, IntelliVent, SmartCare…

Par ailleurs chaque fabriquant de matériel propose ses innovations sous l’appellation qui lui convient …

 

FiO2

Fraction inspirée en oxygène
Son augmentation permet d’améliorer l’oxygénation du patient

PEP

Pression expiratoire positive, permet d’améliorer l’oxygénation, en maintenant les alvéoles ouvertes
(limite les risques de l’atelectraumatisme causé par l’ouverture et la fermeture des alvéoles)

Réduire le travail respiratoire du patient (en lui permettant de vaincre les résistances et l’inertie de la machine).

Inconvénients de la PEP :
Les PEP élevées sont mal tolérées chez les patients faiblement sédatés.

La PEP diminue le Retour Veineux  (ce qui est très utile pour les patients en OAP avec HTA) mais à utiliser avec prudence chez les patients en hypotension 

par ailleurs, certains disent que : « the best PEEP is no PEEP »

Quelque soit le mode choisi :
il existe des paramètres généraux qu’on doit régler 
et des paramètres avancés qui s’ajustent en général automatiquement 
(mais qu’on aura parfois besoin de corriger pour optimiser la ventilation)

Ces paramètres seront revus plus loin dans les chapitres relatifs à chacun des modes principaux

Mais on peut tout de même citer :

Pour la VS-AI 

Vu que c’est un mode spontané qui se déclenche uniquement suite un effort du patient, il y a donc un risque d’apnée
(d’où la nécessité de définir un temps d’apnée : généralement 8 secondes et une ventilation de secours en cas d’apnée qui est une VC / VAC ou une PC/PAC)

ΔP AI ou AI =  (Pression) d’Aide Inspiratoire qui détermine le Volume courant insufflé (Vt) au patient
dont dépendra au final sa ventilation minute Ve (= Vt x FR)
(qui conditionne la capnie et le pH sanguin du patient)

Pour la VS-AI  (et tous les modes Assistés)

Dès qu’il y a une notion d’assistance (VAC, VS-AI) on doit régler un Trigger (déclencheur) qui peut-être en pression (ancien et peu sensible) ou en débit (plus sensible, et c’est le plus utilisé). 

Une nouvelle voie serait la commande nerveuse (NAVA qui utilise l’influx nerveux envoyé au diaphragme qui est capté par une SNG spécifique qui recueil l’activité électrique du diaphragme comme le font les électrodes ECG de surface pour l’activité cardiaque)

Réglage du seuil du Trigger
Le seuil du Trigger s’il est trop bas risque de déclencher une insufflation suite à un simple battement cardiaque
(et entraîner des autodéclenchements) et donc une polypnée nuisible au patient
Et s’il est réglé trop haut risque de fatiguer le patient
(efforts respiratoires non récompenser par la délivrance d’un volume d’air)

En général on surveille ce qui n’est pas réglé :

  • quand on règle des volumes on doit surveiller les pressions, pour ne pas provoquer de barotraumatisme (Pression plateau) ou de volotraumatismes (Ve trop élevée)  et
  • quand on règle des pressions on surveille les volumes (pour être sure que la besoins ventilatoires du patient sont satisfaits) et
  • quand on règle un mode spontané on doit surveiller l’apnée (et régler un mode de secours en cas d’apnée).

Il est utile de connaître les valeurs théoriques (des volumes et de pressions) pour ajuster au mieux la ventilation mécanique dès le départ mais cela n’exclut en aucun cas un contrôle gazométrique et une surveillance clinique du patient et de son monitorage (SpO2)

Il est admis qu’une ventilation minute de 100 ml/kg/min est généralement suffisante chez l’adulte (cela ne dispense pas de contrôler la PaCO2 sur la gazo pour vérifier l’adaptation de la ventilation au patient actuel)

Une Ve = 6 L/min pour un adulte de 60 kg parait raisonnable mais il faut  vérifier l’EtCO2 si disponible ou la PaCO2, parfois l’état physiologique du patient peut nécessiter une ventilation minute plus importante en cas d’hypermétabolisme, …
mais si la PaCO2 < 35 mmHg ± pH > 7,45 il s’agit manifestement d’une hyperventilation qui pourrait être due à de la douleur, de l’angoisse ou des paramètres ventilatoires excessifs qu’il faudra corriger en abaissant la ventilation minute 

Quand aux pressions, dans le meilleurs des cas, quand le patient a les poumons sains et qu’il est bien endormi on a une ventilation minute suffisante pour P max <20 cm H2O mais

pour les patients de réanimation quand on ventile à moins de 30 cm H2O de pression de pic (ou crête) on est content puisque c’est une ventilation à une pression de plateau (P plat) > 30  cm d’eau qui est reconnue comme délétère et génératrice de barotraumatismes.

Le réglage d’une P max trop basse (en ventilation à volumes contrôlés) peut provoquer une hypoventilation

(par sécurité certains respirateurs ouvrent la valve de surpression quand la pression maximale est atteinte même si le Vt réglé n’a pas été entièrement délivré) dans certains cas cela est signalé par l’affichage du respirateur (alerte Vt réglé non délivré) dans d’autres cas il faut vérifier sur la spirométrie expiratoire si le Vt expiré est proche du Vt réglé)

La P min correspond au niveau de la PEP 

Si le respirateur a du mal à maintenir la PEP réglée, cela témoigne d’une défaillance du respirateur (ou de son alimentation en gaz) ou à une fuite ou un débranchement du circuit

Une pression P min = 0 ± Ve basse (sonne légèrement plus tard que l’alarme en pression) ⇒ débranchement (ou pire extubation) du patient.

Certains respirateurs récents peuvent signaler une fuite, voir la quantifier et même déclencher une alarme débranchement
(certains pilotent automatiquement la pression de gonflage du ballonnet de la sonde pour limiter les fuites et les lésions trachéales)…

Clinique : Est-ce qu’il y’a des asynchronies ou des mouvements de lutte du patient contre le respirateur, 

  • est-ce que la ventilation du patient est synchronisée au respirateur,
    Chaque inspiration du patient entraîne la délivrance d’une inspiration (assistée ou juste tolérée par le respirateur)
  • le patient ne lutte pas contre le respirateur :
    le patient expire au moment où le respirateur délivre une insufflation, ou que le patient fait des efforts inspiratoires alors que le respirateur est en phase expiratoire) ⇒ risque de fatigue du patient
  • le respirateur délivre trop vite ou trop de volume (alarmes de pression haute)
l’apparition de sueurs profuses (témoin clinique de l’hypercapnie, de même que le priapisme chez l’homme témoigne cliniquement d’une acidose).

On surveille le circuit respiratoire

  • coudures, débranchements, humidité ou sécrétions dans les tubulures, …
  • alarmes de l’humidificateur (et est-ce que l’humidificateur est bien mis en route) et pas de mélange de circuit : pas de filtre patient si humidificateur chauffant,
    car empêche l’humidité générée par l’humidificateur d’arriver au patient et de s’obstruer par l’humidité provenant des 2 côtés (patient et cascade chauffante) ⇒ augmentation très importante des pressions.

Les alarmes du scope patient

  • SpO2 et EtCO2 si disponible

Surveiller la saturation (et la capnie si disponible) puis de contrôler la gazométrie après 20 minutes pour savoir si les réglages sont adaptés au patient.

Pour les patients en détresse respiratoire des gazométries sont prélevées régulièrement (2 ou 3 fois par jour) et en cas de changement de situation clinique (ou de réglages du respirateur).

Les alarmes et les courbes du respirateur

  • alarmes de pression et de volumes 
  • courbes de pression et de débit
  • spirométrie expiratoire

Alarmes du respirateur, vérifier les courbes, la spirométrie et les pressions si elles sont conformes aux attentes, est-ce que les volumes réglés sont réellement délivrés et ajuster éventuellement les réglages.

Choisir un mode ventilatoire selon l’état de conscience et la pathologie du patient :

Les modes contrôlés (en volume ou en pression) sont utilisés pour les patients sédatés ou inconscients

* Les modes en volumes ont l’inconvénient de nécessiter une sédation lourde et de générer de une augmentation de pression qui pourrait être néfaste pour les poumons

* Les modes en pression sont moins agressifs pour les poumons (car par principe la pression est limitée) par contre la ventilation minute peut-être insuffisante (et générer de l’hypercapnie).

Les modes Assistés / Contrôlés ont tendance à remplacer les modes purement contrôlés.

Avantages 

Utilisation de la commande ventilatoire du patient 
Maintien d’une activité diaphragmatique 
Apporte plus de confort au patient quand la commande ventilatoire est respectée
Permet de baisser la sédation 
Réduction de la période de sevrage 
Améliore le recrutement alvéolaire

Le mode VS-AI est utilisé lors du sevrage de la ventilation mécanique ou chez les patients faiblement sédatés.

d’autres modes ont été utilisés pour le sevrage de la ventilation mécanique 

* VACI : Ventilation Assistée / Contrôlée Intermittente
* VVMI : Ventilation à Volume Minute Imposé

Les nouveaux modes tels que la BIPAP et l’APRV sont proposés chez les patients difficiles à ventiler tels que les SDRA

Que le mode de ventilation soit en volume ou en pression on retrouve la notion de volume courant (Vt) cible qui doit être compris entre 6 et 8 ml/kg 

Pour le SDRA on parle de ventilation protectrice ⇒ Vt  = 6 ml/kg de poids idéal
(et non de poids réel)

on retrouve le poids idéal grâce aux formule : 

Poids idéal = 50 + 0.91(Taille (cm) – 152.4) pour l’homme 
45.5 +0.91(Taille (cm) – 152.4) pour la femme

… que l’on multiplie par 6 pour obtenir le Vt cible,
que l’on retrouve dans le tableau ci-dessous :

on peut retrouver des tables plus complètes sous le lien suivant

On règle directement ce volume dans les modes ventilatoires en volumes tels que la VC/VAC et indirectement dans les modes en pression tels que la PC/PAC, la VS-AI  ou la BIPAP – APRV en jouant sur la P ins (ΔP AI ou P haute) et en contrôlant le Vt résultant sur la spirométrie. 

Les contraintes habituelles :

  • plus le Vt est élevé plus les pressions augmentent 
  • ↑ FR tend à diminuer la Ve réelle (car ↑ la ventilation de l’espace mort : Vd) ⇒ ↓ l’élimination du CO2

Modes ventilatoires les plus courants

En mode VC / VAC

– Le cyclage est en fonction du temps, l’inspiration est déclenchée automatiquement à l’intervalle réglé par la FR
(ou déclenché par le patient en VAC)
Ex : pour une FR = 12 cycles/min ⇔ 1 inspiration toutes les 5 secondes

– Le débit inspiratoire est fixe (réglé par l’opérateur)
(son augmentation ⇒ augmentation de la P crête)

– Vt et FR imposés (réglés),

Le Vt est réglé entre 6 et 8 ml/kg de poids idéal (selon des tables de Vt idéal selon le sexe et la taille, on remarquera que pour une même taille on a un Vt chez l’homme > de 27 ml par rapport à une femme)
6 ml/kg correspond à une ventilation protectrice qui limite les pressions mais au prix d’une ↑ PaCO2
Le produit FR x Vt = Ve (ventilation minute)
(↑ Vt ⇒ ↓ PCO2 et ↑ pH) → Alcalose (= pH > 7,45) dite Respiratoire quand PCO2 ↓

des cycles spontanés sont possibles (⇒ réglage du trigger inspiratoire)
ce mode ventilatoire nécessite souvent une lourde sédation.

Vt = Volume courant (Vt viens de l’anglais Tidal Volume)
FR = Fréquence Respiratoire

Réglages de base

Vt
FR
Ti
Débit
(+ trigger pour déclencher des cycles assistés pour le mode VAC)

Dans les modes assistés on ajoute au patient la possibilité de déclencher une inspiration grâce au réglage d’un trigger  en pression ou en débit (+++)

 

Réglages des alarmes

et on surveille les pressions (P crête ; P plat) 
il est à signaler que c’est la pression plateau qui engendre des lésions de barotraumatisme 

 

Affichage des courbes + écran de réglages en situation réelle (etudiant-hospitalier.com®)

PC = pression contrôlé / PAC = Pression Assistée Contrôlée

On règle une consigne de pression (Pi) = Pression d’insufflation et une FR (ou débit x Ti)
et on surveille les volumes (la ventilation minute dépends des caractéristiques pulmonaires)
d’où l’importance de surveiller les volumes délivrés au patient en comparant à une ventilation minute moyenne
(environ 100 ml/kg/min chez l’adulte ⇔ 6 L/min pour un adulte de 60 kg)
et surveillant l’EtCO2 (si disponible) et la gazométrie.

Cyclage en fonction du temps (FR minimale préréglée) ou déclenché par le patient (pour la PAC)
Vt (dépends de la différence entre P insp et la PEP)
(+ Trigger à régler pour la PAC)

Dans les modes assistés on ajoute  au patient la possibilité de déclencher une inspiration en réglant un trigger  en pression ou en débit (+++)

 

Réglages de base 

P insp
FR (ou RR = Respiratory Rate)
Pente (Slope)
Ti

Réglage des alarmes

Vt haut / pas
FR haute
Ve haute / basse

Affichage des courbes + réglages de base (Dräger Médical S.A.S.®)

Mode spontané (VS-AI/PEP)

(VS-AI = Ventilation Spontané avec Aide Inspiratoire avec PEP)

Dans ce mode tous les cycles sont déclenchés par le patient (à l’aide d’un trigger inspiratoire) et sont assistés en pression par le respirateur (AI ou ΔP AI)

Intérêt

  • Utilise la commande ventilatoire du patient 
  • Meilleur confort avec moins de Sédatifs
  • Maintien d’une activité diaphragmatique
  • Recrutement harmonieux du parenchyme pulmonaire 
  • Réduction de la période de sevrage

Réglages de base

Régler l’aide inspiratoire AI parfois noté ΔP AI (qui détermine le Vt), 
le Trigger (qui détermine la fréquence respiratoire) 
et la ventilation de secours ou d’apnée (= VAC / PAC)
qui se déclenche en cas d’apnée prolongée 
(8 secondes en général, qui peut être réglable)

Pente = pente (d’insufflation)

+ trigger inspiratoire (en débit en général = 0,3 à 3 l/min)
(les valeurs hautes de trigger sont utilisées lors de la VNI)

Il faut en plus régler la ventilation de secours en cas d’apnée
(qui est généralement une VAC ou une PAC qui se déclenche en cas d’apnée).
L’intervalle d’apnée est réglable en secondes
(= 8 s en général ⇔ FR < 8 / min)

Dans les réglages avancés on peut avoir à modifier le trigger expiratoire qui est en général réglé à 25% du débit de pointe (le respirateur arrête l’insufflation quand le débit descend en dessous d’un certain pourcentage du débit de pointe)

Exemple de réglage de VS-AI/PEP selon Draëger medical S.A.S®

 

Réglage des alarmes  

VM haut / bas
FR haute / basse
(une FR < FR basse déclenche la ventilation d’apnée)

Affichage des courbes et des réglages de base en VS-AI/PEP vu en situation réelle (etudiant-hospitalier.com®)

Nouveaux modes ventilatoires

Permis par les amélioration technologiques des respirateurs, de nouveaux modes ont vu le jours pour les patients difficiles à ventiler (SDRA) tels que  la BIPAP – APRV 

Autorisent la ventilation spontanée
ce qui pourrait réduire les effets secondaires d’une sédation trop importante
Réduire l’utilisation des curares et des médicaments sédatifs,
tendance à diminuer les durées de ventilation et d’hospitalisation.
Le maintient d’une ventilation spontanée dès le début de la VM pourrait préserver la trophicité diaphragmatique. 

Enfin, la ventilation spontanée permettrait de recruter les territoires pulmonaires postérodiaphragmatiques
(parfois on est obligé de mettre les patients en DV pour recruter ces territoires) et d’optimiser les rapports ventilation—perfusion

ainsi que l’hémodynamique systémique :
la pression positive intra-thoracique diminue le retour veineux (RV) (vers le cœur) = baisse de la précharge,
qui peut être bénéfique sur un OAP hypervolémique mais qui peut être néfaste chez un patient déjà hypotendu.

* Volumes mobilisés variant selon la compliance et les résistances pulmonaires
* Manque de données sur la pratique clinique et le sevrage

En PC-BIPAP, le patient peut respirer spontanément à tout moment, mais la FR est prédéfinie.
Les cycles imposés sont synchronisés à l’inspiration comme à l’expiration avec les efforts respiratoires du patient.

Si un cycle imposé est réduit du fait de la synchronisation expiratoire,
le cycle imposé suivant est allongé. La synchronisation inspiratoire raccourcit la phase d’expiration. Dans ce cas, la durée d’expiration suivante est allongée du temps manquant. Cela permet de maintenir constante la fréquence respiratoire imposée (FR) prédéfinie.

Si aucune respiration spontanée n’est détectée dans la fenêtre de déclenchement inspiratoire, une inspirations mécanique est déclenchées par la machine.

Lors de la respiration spontanée au niveau de la PEP, le patient peut recevoir une aide inspiratoire (AI).

Trigger réglable

Réglages de base :

P insp
T insp
FR
PEP
ΔP AI
Pente

Réglage des alarmes

Vt haut / bas (dépends de AI = ΔP supp)
Ve haut / basse (dépends de la pente et du Ti)
FR haute (la FR minimale est imposée) (la FR dépend du trigger)

Affichage des courbes + réglages en BIPAP (Dräger Médical S.A.S.®)

Il s’agit d’un mode ventilatoire en pression, cyclé sur le temps et déclenché par la machine (pas de synchronisation avec le patient).
la respiration du patient s’effectue au niveau de pression haut (P haute).
Ce niveau de pression est conservé pendant la durée de T haut.
A la fin du Thaut l’expiration survient et la pression descend au niveau P basse pendant une courte durée qui est le Tbas

Le VT expiré lors des moments de relâchement de la pression provient de la différence de pression entre Pbasse et Phaute et de l’action mécanique des poumons.

Il s’agit d’un mode où le patient est plus souvent en pression haute qui est suivie d’une brève baisse de pression au niveau de la PEP puis qui remonte de nouveau rapidement.

La ventilation spontanée est possible à tout moment même en P haute (valeurs négatives sur la courbe de débit durant le T haut)

Réglages de base 

P haute (P high)
P basse (P low)
T haut (T high)
T bas (T low)
Pente (Slope)

Réglage des alarmes

Vt haut / bas (dépends de la P haute)
FR haute
Ve haut / bas (dépends du T haut / T bas)

Affichage des courbes + réglages APRV (Dräger Médical S.A.S.®)

Modes proportionnels​

(NAVA = Neurally Adjusted Ventilatilatory Assist)

Nécessite une SNG spéciale (et qui doit être positionnée correctement) pour capter l’activité électrique du diaphragme, dont le signal est transmis au respirateur pour piloter la ventilation.

Intérêt 

Meilleure synchronisation de la ventilation 
Assistance proportionnelle adaptée à la demande du patient
Meilleurs échanges gazeux (restauration de la boucle de régulation de la PaCO2)

 

(PAV = Ventilation Assistée Proportionnelle)

La pression d’assistance est fonction de la Résistance et de la Compliance du système respiratoire (en PAV+ les mesures de R et C sont automatisées)

Intérêt 

Éviter la surassistance ventilatoire 

 

Modes automatisés​

 Automatisés : ASV, IntelliVent, SmartCare…

Par ailleurs chaque fabriquant de matériel propose ses innovations sous l’appellation qui lui convient …

Bibliographie / Webographie 

Bilevel positive airway pressure—airway pressure release ventilation dans le Syndrome de détresse respiratoire aiguë de l’adulte : physiopathologie, domaine d’application. M. Courvoisier  doi:10.1016/j.reaurg.2009.01.014

Site Draëger France page ressources et téléchargements

FUN – MOOC
– EIVASION (université Paris Est Créteil) ventilation artificielle : fondamentaux
– EIVASION (université Paris Est Créteil) ventilation artificielle : niveau avancé 

MOOC comprendre la respiration UCL 2017 (disponible en vidéo sur You Tube) 
(lien pour accéder au MOOC)

Bases de la ventilation mécanique / ventilation mécanique pour les nuls (vidéo YouTube)

SRLF 2014 – ventilation mécanique modes de ventilation principes et intérêts  
SRLF 2015 – les incontournables du respiratoire 
SRLF 2018 ABCD’air : Bases physiologiques pour comprendre la ventilation mécanique  
SRLF 2018 – ABCD’air : bases de la ventilation mécanique (les modes conventionnels
SRLF 2018 – EXP’air : analyse des courbes du ventilateur  
SRLF 2017 : SDRA comment je règle le ventilateur 

Mis à jour Octobre 2020

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