HUMIDIFICATION DES GAZ AU COURS DE LA VENTILATION MECANIQUE

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1 HUMIDIFICATION DES GAZ AU COURS DE LA VENTILATION MECANIQUE François Lellouche, MD, PhD Institut Universitaire de Cardiologie et de Pneumologie de Québec

2 CONFLITS D INTERÊT - Dépôt de brevet pour l optimisation des performances des humidificateurs chauffants - Contrats de recherche avec Hamilton medical, F&P

3 PLAN Bases de l humidification Performances des systèmes d humidification Conséquences de la sous-humidification Humidificateurs chauffants Filtres humidificateurs Impact de l espace mort Autres différences entre filtres & Humidificateurs Coût - facilité d utilisation - impact sur les PAV Conclusions/recommandations

4 BASES DE L HUMIDIFICATION

5 Condensation Humidité Absolue à saturation (mg/l) Définitions de l humidité d un gaz HAS: Humidité Absolue à Saturation (en mgh 2 O/L) = contenu maximal en eau d un gaz HA: Humidité Absolue (en mgh 2 O/L) = quantité de vapeur d eau contenue dans un gaz HR: Humidité Relative (en %) = (HA/HAS) x HAS = 9mg/L 60 HA = 9mg/L HR = 100% C Refroidissement du gaz HAS = 15mg/L HA = 15mg/L HR = 100% Réchauffement du gaz HAS = 30mg/L HA = 15mg/L HR = 50% C C 60 Température ( C)

6 Humidité Absolue (mgh 2O/L) CONDITIONNEMENT DES GAZ INSPIRES Contenu maximal en eau ou HAS HR 100% mgh 2 O/L Alvéole HR 50% HR 25% 10 0 < 5 mgh 2 O/L Gaz médical Température ( C) 37 C

7 Ventilation spontanée Ventilation invasive AIR AMBIANT ~22 C ~10 mg/l ~50% HR GAZ SECS TURBINE ~ 22 C ~ 22 C ~0 mg/l ~0 à 10 mg/l ~0% HR ~0 à 50% HR 37 C, 44 mgh 2 O /l, 100%HR HUMIDIFICATION DES GAZ IMPERATIVE

8 Valeurs à retenir GAZ AIR POUMONS MEDICAUX AMBIANT TEMPERATURE 15 C 20 C 37 C HUMIDITE RELATIVE 2-5% 50% 100% HUMIDITE ABSOLUTE 0-3 mg/l 10 mg/l 44 mg/l Recommandations pour les gaz délivrés au cours de la ventilation invasive 30 mgh 2 O/L AARC (American Association of Respiratory Care), Respiratory Care 1992

9 CONSEQUENCES DE LA SOUS-HUMIDIFICATION Occlusions de tubes trachéaux Sub-occlusions Anomalies épithéliales bronchiques

10 Les occlusions de tubes ne sont que la partie visible de l iceberg! OCCLUSIONS... ET SUBOCCLUSIONS DE TUBES Resistances : 52 cmh 2 O/l/s

11 SUB-OCCLUSIONS 22 patients avec HME (Edithflex) 22 patients avec HH (MR 850 F&P) Mesures des résistances des ETT avant/après utilisation Résistances des ETT tubes 53% Après/avant utilisation Pas de différences HH vs HME Moran Intensive Care Medicine 2011

12 Humidité absolue (mg/l) Relation humidité-température et fonction mucociliaire dans le temps 44 mgh 2 O/L Pas de dysfonctionnement Temps d exposition (h) 30 mgh 2 O/L Pas de dysfonctionnement Secrétions épaisses Ralentissement des cils Cils à l arrêt Dommage cellulaire Williams et al. Crit Care Med 96

13 Comment évaluer la qualité de l humidification? 1- Observer la condensation r=0.86, p<0.001 Condensation 2- Clinique qualité des sécrétions Ricard Chest 99, Beydon Chest 97

14 Comment évaluer la qualité de l humidification? 3- Réaliser des mesures d hygrométrie des systèmes utilisés Cuquemelle&Lellouche, Respiratory Care 2013

15 Sonde de température «humide» Mesure de l humidité d un gaz: méthode PSYCHROMETRIQUE Sonde de température «sèche» Pièce en Y Connection au patient Valves unidirectionnelles

16 Filtre Fournisseur HA mesurée Ecart type Hygrovent Peters 31,9 0,6 Hygrobac Mallinckrodt 31,7 0,7 Hygrovent S Peters 31,7 0,5 Hygrobac S Mallinckrodt 31,2 0,2 HMEF 1000 Datex 31,2 0,7 9000/100 Allégiance 31,2 1,4 Servo Humidifier 172 (173) Siemens 30,9 0,3 Humid Vent Filter Compact Hudson 30,8 0,3 All Round Filter MAP05 Peters 30,7 0,2 Hygroster Mallinckrodt 30,7 0,6 Slimeline HMEF 9040/01 Sodis 30,3 0,3 BACT HME Ansell 30,1 0,5 Filtraflux Vygon 29,9 0,9 HME 12 BASIC Ansell 29,8 0,4 Humid Vent 2 Hudson 29,7 0,4 Servo Humidifier 162 (163) Siemens 29,7 0,8 FE52A Rüsch 29,3 0,4 Humid Vent 2S Hudson 29,2 0,4 9040/01 Allégiance 28,6 1,1 9000/01 Allégiance 28,5 0,8 Thermovent 1200 Sims 27,8 0,0 BB100E Pall 27,2 0,7 BB100 Pall 26,8 0,5 Clear Therm + Intersurgical 26,2 2,1 Filta Therm Intersurgical 24,9 1,1 Stérivent Mallinckrodt 23,8 0,9 Iso Gard Hepa Light Hudson 23,6 0,3 Filtraflux Vygon 22,4 0,4 Stérivent S Mallinckrodt 22,2 0,2 BB 2215 Pall 21,8 1,5 8222/01 Allégiance 20,5 0,2 Maxipleat Sodis 20,1 0,6 HME 10 Ansell 20,0 0,6 BB25 Pall 19,6 1,4 All Round Filter MAP01 Peters 19,0 0,3 BB2000AP Pall 18,9 0,4 BACT TRAP HEPA Ansell 18,4 0,7 Clear Guard Midi Intersurgical 13,7 0,8 Clear Therm Midi Intersurgical 17,3 0,3 Barr Vent Peters 16,8 1,1 Stérivent Mini Mallinckrodt 16,6 1,0 4444/66 Allégiance 16,4 0,6 Filta Guard Intersurgical 16,2 1,0 4000/01 Allégiance 15,1 0,9 Clear Guard II Intersurgical 14,9 0,6 ISO GUARD FILTER S Hudson 13,4 0,6 Barr Vent S Peters 13,3 0,8 Barrierbac S Mallinckrodt 13,2 0,2 Fréquence des occlusions en fonction de l hygrométrie (avec la psychrométrie) Branson Chest 93, Dreyfuss AJRCCM 95, Hurni Chest 97, Thomachot CCM 99, Ricard AJRCCM 2000, Lacherade 2005 Boots CCM 2006 Données de la littérature pour les filtres Cohen CCM 88, Martin Chest 90, Misset Chest 91, Roustan ICM 92, Villafane Anesthesio 96 Filtre Hydrophobique AH (mgh 2 O/L) Risque High élevé risk of d occlusion ETO Filtres Mixtes Risque faible d occlusion ECHELLE DE PERFORMANCE D HUMIDIFICATION 10 à 20 % d occlusions Absence d occlusion Lellouche et al, Chest 2009

17 Fréquence des occlusions en fonction de l hygrométrie (avec la psychrométrie) Données de la littérature pour les filtres 37 occlusions/294 (12.6 %) BB Lellouche et al, Chest 2009

18 ECHELLE DE PERFORMANCE D HUMIDIFICATION (humidité absolue délivrée mgh 2 O/L) Minimum recommandé Risque élevé d occlusion Faible risque d occlusion? HA (mgh 2 O/L) Filtres hydrophobique (BB 2215)

19 PERFORMANCES DES SYSTEMES D HUMIDIFICATION - Humidificateurs chauffants - Filtres humidificateurs

20 Humidificateurs chauffants Fonction d humidification uniquement Humidification active

21 IDÉE RECUE SUR L HUMIDIFICATION DES GAZ AU COURS DE LA VENTILATION INVASIVE Les humidificateurs chauffants sont toujours plus performants que les filtres humidificateurs = PAS TOUJOURS VRAI

22 Raisons de l étude des performances des humidificateurs chauffants Constatations cliniques Plusieurs épisodes d occlusions de tubes trachéaux avec des humidificateurs chauffants de dernière génération (avec fils chauffants) (déjà décrit par Miayo, CCM 1992) Patients en zone «chaude» (service non climatisé) Sécrétions collantes au cours de l été Patients ventilés avec des turbines

23 2 Températures de l air ambiant: Normale: C Elevée: C 2 Ventilations minute 10 et 21 L/min 2 ventilateurs: EVITA 4 (gaz délivrés C) T-Bird (gaz délivrés C) 3 Humidificateurs chauffants avec différents réglages 3 mesures hygrométriques à l équilibre 37 C Température de sortie de ventilateur 37 C Fil chauffant 40 C Mesures de l hygrométrie (méthode psychrométrique) Température d entrée de chambre Température de sortie de chambre Plaque chauffante Température de la pièce en Y Température de l air Lellouche et al. AJRCCM :

24 Absolute Humidity (mgh 2O/L) Humidité Absolue (mgh 2 O/L) F&P, MR mgh 2 O/L Température ambiante «normale» (22-24 C) Température ambiante «élevée» (28-30 C) 40 P<0.001 P=0.02 NS AJRCCM 2004 Réglage Standard (37/40) Sortie de chambre 37 C, Pièce en Y 40 C Absence de gradient 40/ 40 C Réglages optimisés Compensation automatique

25 Entrée de chambre Sortie de chambre Patients intubés TeCh 30 C + 7 C TsCh 37 C Rétrocontrôle plaque chauffante Plaque chauffante + 70 C Entrée de chambre Sortie de chambre TeCh 45 C - 8 C TsCh 37 C Rétrocontrôle plaque chauffante Plaque chauffante + 50 C

26 Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Température de sortie de ventilateur 37 C Température d entrée de chambre Température de sortie de chambre Plaque chauffante Température de l air Relation Tplaque / HA études sur banc y = 0,655x - 13,468 R² = 0, Température de plaque ( C)

27 Nouvelle méthode de surveillance de l efficacité des performances des humidificateurs chauffants 480 mesures d hygrométrie sur banc d'essai avec MR850 (Fisher & Paykel) Mesures - Température de la plaque chauffante, - Température d entrée de chambre - Humidité délivrée: 3 mesures hygrométriques (méthode psychométrique) Conditions - 4 températures ambiantes différentes ( 20, 22, 25 et 30 C), -8 températures d entrée de chambre (20, 22, 25, 28, 30, 32, 35 et 40 C) -5 niveaux de ventilation minute ( 5 ; 7,5 ; 10 ; 12,5 ; 15 L/min) Température de sortie de ventilateur Température d entrée de chambre Température 37 C Plaque chauffante Fil chauffant Température de sortie de chambre 40 C 37 C Température pièce en Y Hygrométrie inspiratoire méthode psychrométrique ambiante Bouchard & Lellouche SRLF 2014

28 Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Synthèse VE_7,5 l/min L/min L/min R² = 0, Température de plaque 58 Synthèse_VE 12,5 l/min L/min L/min R² = 0, Température de plaque 0 Synthèse_VE 10,0 l/min Température de plaque R² = 0, Synthèse VE_15,0 l/min R² = 0, Température de plaque 65 Bouchard & Lellouche SRLF 2014

29 Etude observationelle prospective: HUMIDÉTÉ

30 Mr. X, 65 ans, plein sud, sevrage difficile

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33 Humidité Absolue (mgh 2 O/L) Température de plaque ( C) Relation Tplaque / HA études sur banc Avant modifications 15' H1 H3 J1 J2 J3 J J5 J6 J7 J8 y = 0,655x - 13,468 R² = 0,9096 J9 J Température de plaque ( C)

34 Niveau d aide inspiratoire (cmh 2 O) 30 Débarbouillette J-10 J-9 J-8 J-7 J-6 J-5 J-4 J-3 J-2 J-1 J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 3 bronchoscopies pour sécrétions collantes une semaine avant Jours 1 broncho pour sécrétions très abondantes

35 ?!?!?!

36 ECHELLE DE PERFORMANCE D HUMIDIFICATION Humidificateurs chauffants HC Avec fil chauffant (réglage standard) HC Avec fil chauffant (réglage standard, situations à risque) Risque élevé d occlusion Faible risque d occlusion HA (mgh 2 O/L) Filtres hydrophobique (BB 2215)

37 Filtres humidificateurs Fonction de filtre antibactérien ET.. de nez artificiel Fonction d humidification des gaz inspirés Humidification passive

38 Evaluation sur banc de 48 filtres Appel d offre AP-HP

39 BANC DE MESURE HYGROMETRIQUE Evaluation des filtres humidificateurs nécessité de simuler des gaz expiratoires saturés en vapeur d eau

40 Filtre Fournisseur HA mesurée Ecart type Hygrovent Peters 31,9 0,6 Hygrobac Mallinckrodt 31,7 0,7 Hygrovent S Peters 31,7 0,5 Hygrobac S Mallinckrodt 31,2 0,2 HMEF 1000 Datex 31,2 0,7 9000/100 Allégiance 31,2 1,4 Servo Humidifier 172 (173) Siemens 30,9 0,3 Humid Vent Filter Compact Hudson 30,8 0,3 All Round Filter MAP05 Peters 30,7 0,2 Hygroster Mallinckrodt 30,7 0,6 Slimeline HMEF 9040/01 Sodis 30,3 0,3 BACT HME Ansell 30,1 0,5 Filtraflux Vygon 29,9 0,9 HME 12 BASIC Ansell 29,8 0,4 Humid Vent 2 Hudson 29,7 0,4 Servo Humidifier 162 (163) Siemens 29,7 0,8 FE52A Rüsch 29,3 0,4 Humid Vent 2S Hudson 29,2 0,4 9040/01 Allégiance 28,6 1,1 9000/01 Allégiance 28,5 0,8 Thermovent 1200 Sims 27,8 0,0 BB100E Pall 27,2 0,7 BB100 Pall 26,8 0,5 Clear Therm + Intersurgical 26,2 2,1 Filta Therm Intersurgical 24,9 1,1 Stérivent Mallinckrodt 23,8 0,9 Iso Gard Hepa Light Hudson 23,6 0,3 Filtraflux Vygon 22,4 0,4 Stérivent S Mallinckrodt 22,2 0,2 BB 2215 Pall 21,8 1,5 8222/01 Allégiance 20,5 0,2 Maxipleat Sodis 20,1 0,6 HME 10 Ansell 20,0 0,6 BB25 Pall 19,6 1,4 All Round Filter MAP01 Peters 19,0 0,3 BB2000AP Pall 18,9 0,4 BACT TRAP HEPA Ansell 18,4 0,7 Clear Guard Midi Intersurgical 13,7 0,8 Clear Therm Midi Intersurgical 17,3 0,3 Barr Vent Peters 16,8 1,1 Stérivent Mini Mallinckrodt 16,6 1,0 4444/66 Allégiance 16,4 0,6 Filta Guard Intersurgical 16,2 1,0 4000/01 Allégiance 15,1 0,9 Clear Guard II Intersurgical 14,9 0,6 ISO GUARD FILTER S Hudson 13,4 0,6 Barr Vent S Peters 13,3 0,8 Barrierbac S Mallinckrodt 13,2 0,2 Filtres humidificateurs HETEROGENEITE. et écart parfois notable entre données constructeurs et mesures Poumon test 35 mgh 2 O/L Filtre antibactérien Filtre humidificateur à tester T C Hygromètre (PSYCHROMÉTRIE) Ventilateur Température ambiante 25 C Lellouche et al, Chest 2009

41 FILTRES PERFORMANCES HETEROGENES STERIVENT (23.8 mgh 2 O/L) STERIVENT mini (22.2 mgh 2 O/L) HYGROSTER (30.7 mgh 2 O/L) mgh 2 O/L

42 Absolute Humidity (mgh 2 O/L) Filtres humidificateurs Peu d impact de la température ambiante Comparaison de l Humid-Heat et de filtres mixtes (hydrophobique+hygroscopique) 40 P< C 25 C C 35 * 30 * ǂ * Humid-Heat HYGROBAC HYGROBAC "S" Lellouche Respiratory Care 2013

43 Absolute Humidity (mgh 2 O/L) Filtres humidificateurs Peu d impact de la ventilation minute Comparaison de l Humid-Heat et de filtres mixtes (hydrophobique+hygroscopique) 40 NS P< L/Min 20L/Min NS NS Humid-Heat HH HYGROBAC HYGROBAC"S" Lellouche et al, Respiratory Care 2013

44 Filtres humidificateurs Impact important de la température corporelle Filtre humidificateur = Hygrobac Filtres contre-indiqués pour température < 35 C Lellouche et al, Intensive Care Medicine 2006

45 ECHELLE DE PERFORMANCE D HUMIDIFICATION Filtres humidificateurs Bonnes performances pour certains filtres Hétérogénéité Absence d impact de la température extérieure Absence d impact de la ventilation minute Attention si hypothermie (température corporelle < 35 C) Risque élevé d occlusion Faible risque d occlusion HA (mgh 2 O/L) Filtres hydrophobique (BB 2215) Filtres mixtes performants

46 Femme 1m65, 90Kg (57 Kg PIT)?????? Débit 12.3 ml/kg PIT 12 x 700 = 8.4 L/min (V minute) ph = 7.28 K + = 4.9 ARDS (et non ARDS) ventilation protectrice 25 x 340 = 8.4 L/min (V minute) Débit 6 ml/kg PIT ph = 7.05 K + = 6.3

47 DIFFERENCE D ESPACE MORT ENTRE LES SYSTEMES D HUMIDIFICATION

48 PROBLEME DE L ESPACE MORT Ventilation minute = FR x Vt Vt «efficace» = Vt espace mort Ventilation alvéolaire = FR x (Vt espace mort) Inspiratoire Expiratoire Filtre humidificateur 20 à 100ml Tube endotrachéal 5 à 20 ml Physiologique 75 ml Raccord annelé 10 à 30 ml

49 Ventilation minute= 12 x 700 = 8.4 L/min Ventilation alvéolaire= 12 x ( ) = 6.1 L/Min Ventilation minute= 25 x 340 = 8.4 L/Min Ventilation alvéolaire= 25 x ( ) = 3.1 L/Min Espace mort ~ 190 ml Ventilation alvéolaire = FR x (Vt espace mort)

50 Ventilation minute= 25 x 340 = 8.4 L/Min Ventilation alvéolaire= 25 x ( ) = 3.1 L/Min (Filtre) Ventilation alvéolaire= 25 x ( ) = 5.2 L/Min (Humidificateur chauffant) REDUCTION DE L ESPACE MORT AUGMENTATION DE LA VENTILATION ALVEOLAIRE Espace mort ~ 115 ml Campbell, RC 2000 Prat, ICM 2003 Prin, ICM 2002 Moran, ICM 2006 Hinkson, Resp care 2006

51 Volume courant (ml/kg PBW) L IMPACT DE L ESPACE MORT EST D AUTANT PLUS IMPORTANT QUE LE Vt EST BAS ET LA FR ÉLEVÉE Ventilation alvéolaire (ml/min) Femme 1m65, 90Kg (57 Kg PIT), filtre Iso-minute ventilation (8,4 L/min) Valv HH Valv HME ml ml Fréquence respiratoire (c/min)

52 VENTILATION ASSISTEE ET VENTILATION CONTROLEE The effects of passive humidifier dead space on respiratory variables in paralysed and spontaneously breathing patients. Campbell et al, Respiratory Care 2000; 45(3): Groupes de patients ventilés : 1) curarisés en VC, 2) en VS-AI Ordre randomisé : HC, Filtre-s (28ml), Filtre (90ml) HC Filtre 28 Filtre 90 VENTILATION CONTROLEE CURARISÉS Post-op (VC) (n = 10) VENTILATION ASSISTEE VS-AI (n =15) V D /V T (%) Vmin (l/min) PaCO 2 (cmh 2 O) V D /V T (%) Vmin (l/min) PaCO 2 (cmh 2 O) * * 68* 11.7* 42.3 *p<0.05 par rapport au groupe contrôle

53 FILTRES / HUMIDIFICATEURS ESPACE MORT Aide Inspiratoire Le Bourdelès et al. Chest 96 Iotti et al. Intensive Care Med 97 Pelosi et al. Crit Care Med 97 Girault et al. Crit Care 2003 Campell et al. Respir Care 2000 Humidificateurs Chauffants Ventilation/Minute Ventilation Alvéolaire WOB Ventilation Contrôlée Moran Intensive Care Med 2006 Prat Intensive Care Med 2003 Prin Intensive Care Med 2002 Hinkson Resp care 2006 Ventilation Alvéolaire Pression de Plateau

54 AUTRES DIFFERENCES ENTRE FILTRES ET HUMIDIFICATEURS - Pneumonies acquises sous ventilation - Cout, facilité d utilisation

55 Pneumonies Acquises sous Ventilation (PAV) Filtres vs Humidificateurs Fréquence PAV Humidificateurs > Filtres Humidificateurs = Filtres Humidificateurs < Filtres Etudes randomisées contrôlées Kirton (Chest 97) (n=280) Martin (Chest 90) (n=73) Misset (Chest 91) (n=56) Lorente (CC 2006) (n=120) Roustan (ICM 92) Dreyfuss (AJRCCM 95) Branson (Respir care 96) Boots (Crit Care Med 97) Hurni (Chest 97) Kollef (Chest 98) (n=116) (n=164) (n=103) (n=116) (n=237) (n=322) Memish (AmJ Inf Control 2001) (n=243) Lacherade (AJRCCM 2005) Boots (CCM 2006) (n=369) (n=381) Métaanalyses Hess (Resp Care 2003) Kola (ICM 2005) Siempos (CCM 2007) La physiopathologie des pneumonies acquises sous ventilation est principalement liée à la colonisation des voies aériennes d origine digestive (microaspirations) Johanson NEJM 1969, Niederman Chest 1989, Kollef NEJM 1999

56 Coût de l humidification Coût des différents systèmes d humidification. US Dollars/jour Branson, Respiratory Care 1996

57 DURÉE D UTILISATION DES FILTRES Recommandations des constructeurs 24 heures Djedaïni et al (Am J Resp Crit Care Med 95) Thomachot et al. (Crit Care Med 98) Daumal et al. (Infect Control Hosp Epidem 99) Boisson et al. (Intensive Care Med 99) Davis (Crit Care Med 2000) Thomachot et al. (Crit Care Med 2000) Ricard et al. (Am J Resp Crit Care Med 2000) Thomachot et al. (Crit Care Med 2002) 48 heures 7 jours

58 CONCLUSIONS Recommandations pour la ventilation invasive Humidificateurs chauffants: plus performants en situation stable, influencés par la température ambiante et la température de sortie de ventilateurs. Coût plus important. plus complexe à utiliser. Problèmes techniques divers: condensation voie inspiratoire, problèmes de fuites dans le circuit, humidificateur non rallumé après un transport, humidificateur en mode VNI chez un patient intubé.. Filtres: Très nombreux modèles, grande hétérogénéité. Efficacité satisfaisante des modèles mixtes. Moins efficaces au cours de l hypothermie. Moins coûteux, plus simples d utilisation. Utilisation possible pendant des durées > 24 heures. Problèmes liés à l espace mort en cas d hypercapnie permissive (asthme, SDRA). Filtres humidificateurs (> mgh 2 O/L) en première intention Humidificateurs chauffants de dernière génération (asthme ou SDRA)

59 Dangers de l excès d humidification?