Principes de la ventilation mécanique

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1 Principes de la ventilation mécanique Dr Guillaume Carteaux Réanimation médicale, Groupe de recherche CARMAS Hôpitaux universitaires Henri Mondor

2 Objectifs Comprendre les principes physiologiques qui permettent de comprendre les principes de la ventilation mécanique

3 Buts de la ventilation mécanique Assurer une hématose adéquate Prise en charge de l effort respiratoire du patient Prise en charge complète (ventilation contrôlée) Prise en charge partielle (ventilation assistée) ne pas aggraver le patient

4 Travail respiratoire VENTILATION NON INVASIVE VENTILATION INVASIVE VENTILATEUR Pmus = 0 MALADE Pvent = 0 VS VC Ventilation Assistée Contrôlée (VAC) Ventilation Pression Contrôlée (VPC) Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire (VSAI) Pression constante (CPAP)

5 FiO 2 Débit

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7 R C Le modèle mono-compartimental

8 Résistance R = ΔP V P1 V a P2 P1 V b P2

9 Compliance C = ΔV ΔP C a V C a C b C b CRF P

10 Volume Système thoracopulmonaire Paroi thoracique CV CPT CRF Poumons VR 0 cm H 2 O Pression

11 Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) P V VAC t POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c est délivrer un débit pendant un temps donné VAC Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d expiration Temps ou Débit ou pression Débit constant Temps PEP

16 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t = P 0 Paw VENTILATEUR VAC

17 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t = P 0 + R V t Pression résistive Paw R = P V VENTILATEUR VAC

18 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t = P 0 + R V t + V t C Pression résistive Pression élastique Paw R = P V VENTILATEUR VAC C = V P

19 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t = P 0 + R V t + V t C Pression résistive Pression élastique Paw R = P V VENTILATEUR VAC Paw C = V P V INSPIRATION EXPIRATION

20 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t = P 0 + R V t + V t C Pression résistive Pression élastique Paw VENTILATEUR VAC Paw Pression résistive Pression élastique C = V P V INSPIRATION EXPIRATION Compliance = Vt / (P plat PEP) Résistances = (P pic P plat ) / Débit

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23 0 Hyperinflation dynamique

24 Mesure de la PEP intrinsèque = occlusion téléexpiratoire 0,8 0,6 0,4 0,2 Débit nul = pas de résistances 0-0, ,4-0, Le débit ne revient pas à 0 = Auto-PEEP PEEP Auto-PEEP

25 RESUME C Pression de pic Pression de plateau Représente la somme des pressions résistive et élastique Pas de seuil dangereux Fonction d alarme Pression qui règne à l intérieur des alvéoles Dépend de la distensibilité du système, et de la P 0 Doit rester 30 cmh 2 0

26 Augmentation des sécrétions bronchiques Augmentation des résistances Pression Augmentation isolée de la pression de pic Débit

27 Atélectasie Augmentation de la pression élastique (diminution de la compliance) Pas de modification de la pression résistive Pression Les pressions de pic et de plateau augment autant Débit

28 Bronchospasme Augmentation des résistances Hyperinflation dynamique, d où augmentation de la pression de plateau: à la fois du fait de l auto-pep et du fait de la diminution de la compliance

29 PHYSIOPATHOLOGIE DE L ASTHME AIGU GRAVE (AAG) ET VENTILATION MÉCANIQUE Volume pulmonaire INSUFFLATION EXPIRATION Volume (c) (a) (b) Augmentation majeure des résistances Diminution de la compliance thoraco-pulmonaire Volume pulmonaire de fin d expiration Volume courant CRF PEP intrinsèque CRF Pression (d) P aw V EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Augmentation de la pression résistive Expiration incomplète Augmentation de la pression élastique P aw = PEEPtotale + Débit. Résistance + Pression résistive Pause téléexpiratoire PEP intrinsèque Volume Compliance Pression élastique EN NOIR: SUJET SAIN EN ROUGE: ASTHME AIGU GRAVE a: Représentation mono-compartimentale du système respiratoire. L AAG est caractérisé par une augmentation majeure des résistances des voies aériennes. b: Génération d une hyper-inflation dynamique au cours de l AAG (ventilé ou non). Du fait de l augmentation des résistances des voies aériennes, l inspiration (ou l insufflation) se produit avant que le patient n ai pu expirer l ensemble du volume courant, générant un volume piégé (appelé volume pulmonaire de fin d expiration, supérieur à la CRF) et donc une pression intraalvéolaire positive (appelée PEP intrinsèque ou auto-pep) en fin d expiration. c: Relation pression-volume du système respiratoire. L existence d une hyperinflation dynamique déplace le volume courant dans une zone de moindre compliance thoraco-pulmonaire. d: Courbes de débit (V ) et de pression des voies aériennes (Paw) en ventilation contrôlée. Au cours de l AAG, l hyper-inflation dynamique se repère par un débit expiratoire qui ne revient pas à zéro avant l insufflation (expiration incomplète). La réalisation d une pause télé-expiratoire permet la mesure de la PEP intrinsèque. L augmentation des résistances et la diminution de la compliance du système respiratoire entraînent une augmentation des pressions résistive et élastique (cf équation de mouvement du système respiratoire). Ainsi, la PEP totale, la pression de plateau et la pression de pic peuvent augmenter considérablement au cours de l AAG, entraînant des risques propres (effets hémodynamiques, barotraumatisme, atteinte des limites d alarme du ventilateur).

30 Alarme de Pmax

31 Alarme de Pmax Conduite à tenir?

32 Conduite à tenir? Alarme de Pmax Augmenter l alarme de pression max pour que le volume courant soit délivré et faire le diagnostic

33 VENTILATEUR Réglages Outils d exploration fonctionnelle

34 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t + Pmus t = P 0 + R V t + V t C Paw VENTILATEUR Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C) R = P V VSAI C = V P Pmus

35 Déclenchement Cyclage Insufflation Expiration Contrôle Niveau d expiration Inspiration Expiration

36 VSAI, BIPAP P aw Expiration Inspiration Expiration Paw VENTILATEUR P B t VSAI FiO 2 PEP AI Trigger inspiratoire, trigger expiratoire, pente de pressurisation, alarmes Pmus

37 Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire OBJECTIF: Maintenir un niveau de pression constant (AI) au cours de l inspiration du patient P V VSAI t LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu elle délivre afin de maintenir la pression de consigne (AI) constante Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d expiration VSAI Débit Pression constante % débit de pointe PEP

41 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE Paw t + Pmus t = P 0 + R V t + V t C Paw VENTILATEUR Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C) R = P V VSAI Que se passe-t-il quand on augmente la pression d AI dans les voies aériennes? Que se passe-t-il quand l effort respiratoire augmente? C = V P Pmus

42 Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire Débit Pes Paw 20 sec AI = 10 cmh 2 O PEP = 7 cmh 2 O

43 Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire Débit Vt Pes Paw A niveau d AI identique, plus le patient fait un effort important, plus le Vt augmente, et plus le Ti augmente 20 sec AI = 10 cmh 2 O PEP = 7 cmh 2 O

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45 T I (sec) 2,5 2 1,5 1 Assistance VSAI 0,5 0 Temps inspiratoire neural VSAI min Assistance max Giannouli E, et al. Am J Respir Crit Care 1999; 159:

46 Younes M, et al. Am J Respir Crit Care Med 2002; 166: 21-30

47 Aide inspiratoire Volume courant Temps d insufflation Commande respiratoire Temps expiratoire Hyperinflation dynamique (Expiration incomplète) PEP intrinsèque effort respiratoire nécessaire pour déclencher le respirateur

48 Paw VENTILATEUR VSAI Palv Palv < Paw

49 0 0 Déclenchement «immédiat» du respirateur 0 0 Effort pour déclencher le respirateur > 10 cmh 2 O 10 0

50 Débit d insufflation SDRA NORMAL Seuil de trigger expiratoire 25 % BPCO Inspiration Temps Expiration

51 Constante de temps (expiration passive) R V V= V 0. e -t/τ V O τ = R x C C 3τ = 96% V 0 Inspiration Expiration t

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53 Aide inspiratoire Volume courant Temps d insufflation Commande respiratoire Temps expiratoire Hyperinflation dynamique (Expiration incomplète) PEP intrinsèque effort respiratoire nécessaire pour déclencher le respirateur Effort respiratoire Effort inefficace

54 VSAI Débit Pes PEP intrinsèque Paw Effort inefficace 20 sec AI = 25 cmh 2 O PEP = 5 cmh 2 O

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56 VSAI Débit Pes Paw 20 sec AI = 10 cmh 2 O PEP = 7 cmh 2 O

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58 P I O 2 Les échanges gazeux La P A O 2 dépend principalement de la FiO 2 Artère pulmonaire P A CO 2 P A O 2 PaO PvO 2 2 PaCO PvCO 2 2 Sang veineux PH 2 0 = 47 mm Hg Veine pulmonaire Sang artériel P I O 2 = (P B 47). FiO 2 P B = 760 mm Hg FiO 2 = 21% P A O 2 = P I O 2 (P A CO 2 / R) + F R 0.8 F 2 mm Hg.. P A CO 2 = (VCO 2 / V A ). K P A O 2 PaO 2 P A CO 2 PaCO 2 La P A CO 2 dépend principalement de la ventilation alvéolaire

59 Conclusion Patient Mécanique respiratoire +/- efforts respiratoires Besoins Ventilateur Mode ventilatoire Monitorage