Ventilation mécanique

En médecine, la ventilation mécanique (VM) consiste à suppléer ou assister à la respiration spontanée à l'aide d'un appareil nommé 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.

Un respirateur artificiel est un appareil médical d'assistance respiratoire , qui vise à assurer une ventilation artificielle des poumons à un malade lors d'une opération chirurgicale opération chirurgicale ou souffrant d'insuffisance respiratoire.

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 (P_moy).

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.

• (Vc) : volume d'air qui entre et qui sort des poumons à chaque respiration (0,5 l).
• Volume de réserve inspiratoire (VRI) : c'est la quantité de gaz qu'il est encore possible de faire pénétrer dans les poumons après une inspiration normale.
• **Volume de réserve expiratoire (VRE)**ité d'air qu'il est encore possible d'expulser par une expiration forcée après une expiration normale.
• 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.
• Fraction en oxygène des gaz inspirés (FiO2)
• 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
• 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).
• VS-AI Ventilation spontanée avec Aide Inspiratoire
• VC ventilation en volume contrôlé ou ventilation contrôlée
• VAC ventilation en Volume Assistée Contrôlée
• 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).

Il existe de multiples modes ventilatoires.

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 quel que 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.

Déclenchement

Déclenchement inspiratoire : le trigger inspiratoire représente la sensibilité avec laquelle la machine reconnaît un effort inspiratoire du patient. 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 (sensibilité 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. Dans les modes de ventilation spontanés, la fin de l'inspiration (ouverture de la valve expiratoire) survient lorsque le débit inspiratoire a atteint un certain pourcentage du débit inspiratoire de pointe. Par exemple, avec une sensibilité expiratoire a 20%, une inspiration ayant atteint un débit inspiratoire de pointe de 70 l/min prendra fin lorsque le débit inspiratoire aura diminué a 14 l/min. Plusieurs respirateurs récents permettent d'ajuster ce seuil.

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)

Pression Expiratoire Positive

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 ne pas hésiter à mettre une FiO2 à 1 en cas d'induction. Idem en cas de transport (période à risque d'extubation)

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).

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 circuit est plus petit que celui du côté inspiratoire, le respirateur sait que le patient a débuté une inspiration. Ce mode de déclenchement a 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, ...).

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).

Rapport I/E

On augmente le temps expiratoire en cas d'auto-peep importante.

Débit d'insufflation

Il est lié au rapport I/E et au temps de plateau.

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).

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.

Soupirs

Réglage 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.

Un mode ventilatoire est la somme d'un ensemble de caractéristiques.

Noter que les noms et abréviations désignant un même mode varient d'un fabricant 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.

Ventilation volumetrique

Tous les cycles ont les caractéristiques de la consigne (Vt, Ti ...). Ils 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.

Ventilation en pression contrôlée (barométrique)

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.

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 calculée par le respirateur à partir du volume expiré moyen des dernières respirations et de la pression qui avait été utilisée. Souvent présenté comme un hybride entre le volumétrique et la pression contrôlée, ce mode à l'avantage d'assurer une ventilation minute minimale (comme la ventilation volumétrique) tout en utilisant la pression nécessaire et suffisante pour le volume courant cible, dans le temps inspiratoire imparti. Il assure également un confort appréciable pour le patient.

Ventilation spontanée

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 minimum 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.

Autres modes de ventilation

Ventilation Assistée Contrôlée Intermittente (VACI)

C'est un mode hybride. Les cycles sont soit conformes à des cycles contrôlés soit conformes à des cycles spontanés. Prôné 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.

Continuous 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.

• En réanimation/soins intensifs . 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.

• Hypoxémie iatrogène et autres complications en rapport avec les prothèses invasives (extubation, obstruction & coudure de sonde d'intubation, intubations sélectives, administration de gaz hypoxique, corps étranger, rupture de trachée, sténose trachéale ...) ou les masques faciaux (inhalation si vomissements ou saignement, glossoptose = chute en arrière de la langue).
• Pneumopathie nosocomiale si ventilation invasive, risque incontournable corolaire obligatoire de la technique. Infection pulmonaire secondaire acquise sous ventilation. Les germes en cause peuvent être la flore habituelle du patient ou une flore plus résistante aux antibiotiques (staphylocoques, pseudomonas...)
• Baro-trauma avec notamment pneumothorax ou traumatisme alvéolaire pour lequel on préconise de respecter (dans la mesure du possible) une pression de plateau inférieur à 30 cm H20.
• Volu-trauma. ou volo-traumatisme, traumatisme alvéolaire responsable parfois de fibrose cicatricielle secondaire,. pour l'éviter on préconise de limiter le volume courant de 5 à 10 ml/kg de poids idéal.
• PEP intrinsèque (PEPi) : est causé par une expiration incomplète. Il peut être causé par un temps expiratoire trop court ou des résistance augmentée. 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 par insuffisance ventriculaire droite, une augmentation du risque de barotrauma à cause de l'hyperinflation dynamique. Cette complication survient principalement sur des terrains asthmatiques et/ou BPCO.