Interprétation biologique des gaz du sang par une application pour smartphone

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1 Biologie au quotidien Ann Biol Clin 2013 ; 71 (5) : Interprétation biologique des gaz du sang par une application pour smartphone Smartphone application for blood gas interpretation Julien Obiols 1 Pascale Bardo 2 Jean-Pierre Garnier 3 Benoît Brouard 4 1 Laboratoire de biologie médicale, Centre hospitalier de Béziers, France <julien.obiols@ch-berziers.fr> 2 Pharmacie, Hôpital Henri Mondor, Créteil, France 3 Service de biochimie, Hôpital Saint-Louis, Paris ; Biochimie UFR Pharmacie, Paris, France 4 Pharmacie, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France Article reçu le 2 mai 2013, accepté le 26 juin 2013 Résumé. Quatre-vingt-quatorze pour cent des professionnels de santé utilisent leur smartphone à des fins professionnelles et plus d un sur deux dispose d applications médicales. L application «Gaz du sang» a été créée pour s inscrire dans cette dynamique et participer au développement de la e-santé en France. L application «Gaz du sang» est une application «métier» destinée aux soignants. Elle facilite l interprétation des résultats de gazométrie sanguine grâce à un algorithme élaboré en référence à une bibliographie médicale. Elle permet de dépister certains troubles acidobasiques complexes ou intriqués, en évaluant l efficacité de la réponse secondaire. L application étudie également l état respiratoire du patient en calculant le rapport PaO 2 /FiO 2 et le gradient alvéolo-artériel. Elle signale également la présence d un effet shunt. Enfin, un module spécifique au calcul du SID (strong ion difference) selon le modèle de Stewart permet de dépister des troubles acidobasiques complexes rencontrés en réanimation. Cette application permet de répondre à la nomenclature des actes de biologie médicale qui recommande une interprétation biologique adaptée pour chaque résultat de gaz du sang. Mots clés : gaz du sang, strong ion difference, interprétation, trou anionique, acidose, alcalose, biologie, biochimie, mobile, application, smartphone Abstract. Ninety four per cent of health professionals use their smartphone for business purposes and more than 50% has medical applications. The «Blood Gas» application was created to be part of this dynamic and participate to e-health development in France. The «Blood Gas» application facilitates interpretation of the results of blood gas analysis using an algorithm developed with reference to a medical bibliography. It can detect some complex or intricate acid-base disorders in evaluating the effectiveness of the secondary response. The application also studied the respiratory status of the patient by calculating the PaO 2 /FiO 2 ratio and the alveol-arterial gradient. It also indicates the presence of a shunt effect. Finally, a specific module to calculate the SID (strong ion difference) depending on the model of Stewart can detect complex acid-base disorders. Key words: blood gas, strong ion difference, interpretation, anion gap, acidosis, alkalosis, biology, biochemistry, mobile, application, smartphone doi: /abc L analyse des gaz du sang artériel présente un grand intérêt pour le diagnostic, le suivi et l évaluation de la gravité clinique des états métaboliques et respiratoires en pratique courante. La rapidité d obtention des résultats en fait un examen dont l application clinique peut être immédiate. En cas de trouble acidobasique (acidose ou alcalose), l étude des bicarbonates, des lactates et du trou anionique (réalisable grâce au dosage du ionogramme sur sang artériel), permet de s orienter rapidement vers une étiologie métabolique. De plus l étude de la PCO 2,PaO 2 et des calculs associés (gradient alvéolo-artériel, rapport PaO 2 /FiO 2, Pour citer cet article : Obiols J, Bardo P, Garnier JP, Brouard B. Interprétation biologique des gaz du sang par une application pour smartphone. Ann Biol Clin 2013 ; 71(5) : doi: /abc

2 Biologie au quotidien effet shunt, dosage de l HbCO...) pourra renseigner le clinicien en cas de cause respiratoire. L étude la réponse secondaire (modification des bicarbonates en cas de cause respiratoire et modification de la PCO2 en cas de cause métabolique), peut permettre de mettre en évidence un trouble mixte correspondant à un trouble acidobasique supplémentaire. Plus qu une aide au diagnostic, la gazométrie sanguine a également sa place dans le suivi des états respiratoires et métaboliques, notamment en service de pneumologie et de réanimation où la modification de ces paramètres peut être contrôlée plusieurs fois par jour. Mais l interprétation des gaz du sang reste une activité complexe et chronophage. Une automatisation de celle-ci permettrait un gain de temps pour les équipes soignantes. Pour être en adéquation avec la pratique quotidienne des professionnels de santé, un tel outil se doit d être simple et à portée de main. Depuis plusieurs années, un nouvel outil est apparu dans les mains des soignants : leur propre smartphone. Quatre-vingt-quatorze pour cent d entre eux l utilisent à des fins professionnelles et plus d un sur deux dispose d applications médicales [1]. L application «Gaz du sang» que nous décrivons dans cet article a été créée pour utiliser ce nouvel outil. Elle facilite l interprétation des résultats de gazométrie, et permet de dépister certains troubles acidobasiques complexes ou intriqués en évaluant l efficacité de la réponse secondaire (figure 1). Figure 1. Présentation de l application. Sont successivement représentés les écrans de : (1) chargement de l application ; (2) entrée des valeurs de ph, HCO3 -, pco2, po2, choix ou non de l oxygénothérapie ; (3) résultat de l interprétation ; (4) entrée des valeurs de calcul du trou anionique, Na+, HCO3 -, Cl-, albumine ; (5) résultat de l interprétation du trou anionique ; (6) entrée des valeurs permettant le calcul du «strong ion difference» ; (7) résultat de l interprétation du strong ion difference ; (8) conversion des valeurs de Ca2+, Mg2+, pco2, po2 ; (9) valeurs usuelles utilisées pour le calcul des gaz du sang ; (10) mentions légales de l application, les mises en gardes ainsi que la bibliographie de l application. 594 Ann Biol Clin, vol. 71, n 5, septembre-octobre 2013

3 Interprétation des gaz du sang sur smartphone Rappels physiopathologiques Le ph est un facteur fondamental du fonctionnement enzymatique cellulaire ; il doit être maintenu au niveau sanguin et cellulaire dans des limites extrêmement étroites (7,35-7,45). Il est donc contrôlé par de multiples systèmes de régulation : chimiorécepteurs (et barorécepteurs pour po 2 et pco 2 ) carotidiens et aortiques, systèmes tampons, régulation pulmonaire, régulation rénale. La po 2 est essentielle pour la phosphorylation oxydative qui en permanence produit de l énergie sous forme d ATP (70 kg produits par jour), et le CO 2 éliminé par voie pulmonaire et rénale (1 kg par jour) contribuent à l équilibre acidobasique. Régulation physiologique Le premier système de régulation qui intervient immédiatement est le système tampon. C est le système bicarbonates-acide carbonique : H + + HCO - 3 H 2 CO 3 CO 2 +H 2 O L équilibre régi par l anhydrase carbonique peut être déplacé vers la droite ou vers la gauche en fonction de l acidité. Il assure plus de la moitié de l efficacité des systèmes tampons. De cet équilibre dérive l équation d Henderson- Hasselbalch : ph = 6,10 + log (HCO - 3 /a.pco 2 ), qui permet de bien comprendre la balance (et l obligation de constance) du rapport HCO - 3 /pco 2. Les autres sont les systèmes phosphate mono-dimétallique, protéine-protéinate, et hémoglobine-hémoglobinate. Le deuxième système qui intervient, en quelques minutes, est le système pulmonaire. On sait depuis Claude Bernard ( ), qu une injection acide chez le chien entraîne une hyperventilation. Chaque baisse de ph, ou une hypercapnie (augmentation de pco 2 ), ou une hypoxie (baisse de po 2 ) entraîne une hyperventilation ; une hausse de ph, ou une hypocapnie, ou une hyperoxie entraîne une hypoventilation. Le troisième système de régulation est rénal. Le néphron module la réabsorption et l excrétion de bicarbonates, ainsi que celle de protons via le cycle glutamine-ammonium. Pathologies Les troubles touchant le ph sont les acidoses et les alcaloses. Le pronostic vital est engagé en dessous de 7,00 et au-dessus de 7,80. Les pathologies primitives altérant les bicarbonates sont métaboliques, celles altérant la pco 2 sont dites respiratoires, ou pulmonaires ou ventilatoires. Il y a donc 4 types de pathologies simples : - acidose métabolique (e.g. de l acidocétose du diabétique, de jeûne, des diarrhées...); Tableau 1. Réponses secondaires prévisibles lors d un trouble acidobasique pur. Troubles métaboliques Acidose pco 2 = 1,3 HCO - 3 Alcalose pco 2 = 0,6 HCO - 3 Troubles respiratoires Acidose Aiguë HCO 3 - = 0,1 pco 2 Chronique HCO 3 - = 0,35 pco 2 Alcalose Aiguë HCO - 3 = 0,2 pco 2 Chronique HCO - 3 = 0,5 pco 2 - acidose respiratoire (e.g. de BPCO, asthme, noyade, myopathies...); - alcalose métabolique (e.g. des vomissements, hyperaldostéronisme...); - alcalose respiratoire (e.g. de l hypoxie, intoxication au CO, altitude, intoxication médicamenteuse...). Elles peuvent être compensées (ph normal) ou non compensées. En fait, souvent elles sont mixtes, acidose mixte métabolique et respiratoire, alcalose mixte. Les troubles du transport des gaz (po 2, pco 2 ) accompagnent la plupart du temps les acidoses alcaloses. Hypoxies, hyperoxies, hypocapnies, hypercapnies sont très fréquentes. Le rétablissement d une normoxie et d une normocapnie fait partie des premiers gestes d urgence de l anesthésisteréanimateur. L analyse «Gaz du sang» reste également pour le biologiste l analyse d urgence par excellence. Utilisation de l application L utilisateur doit saisir dans l application les résultats de ph, HCO - 3,etdePCO 2. Une fois ces données rentrées, l application interprète automatiquement les résultats selon un algorithme réalisé notamment grâce au calcul des deltas (tableau 1) [2-5]. Cette application permet donc d identifier le mécanisme du trouble acidobasique, et évalue la réponse secondaire afin de déterminer si le trouble est pur ou mixte. Dans le cas d une acidose métabolique, l application propose le calcul du trou anionique pour connaître son étiologie. Dans ce cas, un nouvel écran apparaît et permet la saisie les valeurs de Na +, de HCO - 3,deCl - et d albumine (figure 1). L application rend automatiquement l interprétation du trou anionique, ainsi que son calcul et celui du trou anionique corrigé par l albumine [6]. L état respiratoire est également étudié si la PaO 2 et la FiO 2 sont renseignées. L application calcule le degré Ann Biol Clin, vol. 71, n 5, septembre-octobre

4 Biologie au quotidien Tableau 2. Interprétation des paramètres respiratoires. PaO 2 (sans O 2 ) > 80 mmhg Absence d hypoxémie mmhg Hypoxémie minime mmhg Hypoxémie modérée < 40 mmhg Hypoxémie sévère PaO 2 + PCO 2 < 120 mmhg Effet shunt Gradient alvéolo-artériel P(A-a)O 2 = (149,7 -PCO 2 /0,8) - PaO 2 (N < 15 mmhg) Tableau 3. Calcul du trou anionique et du strong ion difference (SID) selon le modèle de Stewart. TA anionique TA calculé = Na - (Cl + HCO 3 - ) TA corrigé = TA calculé + 0,25*(40-Albumine (g/l)) SID SIDa = (Na + +K + +Ca 2+ +Mg 2+ ) - (Cl - + Lactates) (N = 40+/-2 meq/l) d hypoxémie [7], le rapport PaO 2 /FiO 2, le gradient alvéoloartériel [8] et signale un effet shunt si PCO 2 +PaO 2 < 120 mmhg (tableau 2) [9]. Le calcul du strong ion difference (SID) selon le modèle de Stewart est possible grâce aux valeurs de Na +,K +,Ca 2+, Mg 2+, HCO 3 - et des lactates (figure 1). Le recours à ce calcul peut être utile dans certains cas complexes, notamment en réanimation. En effet, le modèle d Henderson Hasselbalch permet d interpréter la variation du ph sanguin grâce aux variations de la pco 2 et des HCO 3 -. Cependant, dans certains troubles métaboliques, ce modèle est insuffisant pour expliquer une valeur de ph aberrante vis-à-vis des valeurs de pco 2 et HCO 3 -. Le modèle de Stewart utilise d autres paramètres comme les lactates, le Ca 2+,leMg 2+, ou l albumine pour expliquer les variations du ph sanguin dans les troubles métaboliques à l aide du calcul du SID. Une diminution du SID est en faveur d une acidose métabolique et une augmentation du SID en faveur d une alcalose métabolique (indépendamment des valeurs de HCO 3 - et PCO 2 ) [2] (tableau 3). Un autre module de cette application est dédié à la fonction de «conversion» qui permet de convertir automatiquement les valeurs de Ca 2+ et de Mg 2+ de mg/l en mmol/l (figure 1), ainsi que les valeurs de pco 2 et po 2 de kpa en mmhg. Enfin, l onglet «valeurs usuelles» rappelle les valeurs normales pour chaque paramètre. Téléchargement de l application L application est disponible en téléchargement au prix de 1,79 D sur l AppStore d Apple via le lien suivant : id ?mt=8 (au 1 er août 2013). Elle est compatible avec l iphone est l ipad. Application à un cas clinique Il s agit d un patient âgé de 75 ans hospitalisé en réanimation pour un choc septique secondaire à une péritonite par lâchage de suture après chirurgie abdominale carcinologique [10]. Ce patient intubé et ventilé artificiellement ; il présente une insuffisance rénale aiguë par tubulopathie et bénéficie d une hémofiltration continue. Les résultats de la gazométrie sanguine sont les suivants : - ph=7,22;k + = 4,7 mmol/l - PaCO 2 = 32,2 mmhg ; Cl - = 113 mmol/l -PaO 2 =58mmHg;Ca 2+ = 1,55 mmol/l - HCO 3 - = 13 mmol/l ; Mg 2+ = 0,52 mmol/l -Na + = 137 mmol/l ; Albumine = 10 g/l - Phosphore = 1,39 mmol/l ; Lactate = 5,5 mmol/l L interprétation proposée par l application est indiquée dans la figure 2. Selon l approche conventionnelle, il s agit d une acidose métabolique minérale pure à trou anionique normal (pouvant s expliquer par l insuffisance rénale). L hyperlactatémie n est pas détectée. Selon l approche de Stewart, il existe une importante charge acide reflétée par le SID diminué. Celle-ci est due à l élévation de la chlorémie et des lactates. La diminution des bicarbonates est faible car il existe une profonde hypoalbuminémie qui est responsable d une alcalose métabolique surajoutée. Conclusion Cette application ne constitue pas une expertise biologique stricto sensu, mais elle apporte une aide pour dépister certains troubles mixtes, pouvant ainsi faciliter le diagnostic étiologique (e.g. découverte d un trouble respiratoire associé à un trouble métabolique grâce au calcul des deltas, ou inversement). Son concept innovant réside dans l utilisation d outils nouveaux comme les smartphones qui sont facilement utilisables et à portée de main. Enfin, il est important de souligner que la nomenclature des actes de biologie 596 Ann Biol Clin, vol. 71, n 5, septembre-octobre 2013

5 Interprétation des gaz du sang sur smartphone Figure 2. Interprétation proposée par l application pour le cas clinique exposé. médicale mentionne qu un résultat de gazométrie doit être accompagné d une interprétation adaptée à chaque résultat. Ce concept d application peut donc être utilisé par les biologistes en association au système informatique du laboratoire pour répondre à cette demande. Avec plus de téléchargements en moins de 6 mois cette application semble répondre aux attentes des professionnels de santé concernés. Une traduction de l application en anglais est en cours et devrait être disponible très prochainement. Liens d intérêts : aucun. Références 1. Observatoire Vidal des usages numériques en santé Quintard H, Orban JC, Ichai C. Evaluation de l équilibre acidobasique en réanimation. Paris : Elsevier Masson, Hennessey IAM, Japp AG. Arterial blood gases made easy. Paris : Elsevier, Mellemgaard K. The alveolar-arterial oxygen difference : its size and components in normal man. Acta Physiol Scand 1966 ; 67 : Similowski T, Derenne JP. Insuffisances respiratoires aiguës. In : Huchon G, ed. Pneumologie. Collection, Pour le praticien. Paris : Masson, 2001 : Ann Biol Clin, vol. 71, n 5, septembre-octobre

6 Biologie au quotidien 6. Woods P. L interprétation de la gazométrie sanguine. Le médecin du Quebec 2007 ; Martin L. All you really need to know to interpret arterial blood gases. 2 e édition. Philadelphie : Lippincott Williams & Wilkins, Figge J, Jabor A, Kazda A, Fencl V. Anion gap and hypoalbuminemia. Crit Care Med 1998 ; 26 : Narins RG, Kupin W, Faber MD, Goodkin DA, Dunfee DP. Pathophysiology, classification, and therapy of acid-base disturbances. In : Arieff AI, DeFronzo RA eds. Fluid, electrolyte and acid-base disorders. New York : Churchill Livingstone, 1995 : Levraut J, Giunti C, Grimaud D. Equilibre acidobasique : l approche de Stewart. Troubles hydro-électrolytiques et acidobasiques. Nice : Mapar, Ann Biol Clin, vol. 71, n 5, septembre-octobre 2013