L appareil d anesthésie (principe de fonctionnement, composants, circuits, ventilateurs, évaporateurs) Dr Yannaël COISEL Département d Anesthésie et Réanimation B ; Hôpital Saint Eloi Pr Samir JABER INSERM U 1046 CHU MONTPELLIER 34000 - FRANCE Montpellier : Module introductif D.E.S Anesthésie-Réanimation Novembre 2011
Objectifs 1. Le ventilateur (station) d anesthésie Principes de fonctionnement, Composants: circuits, ventilateurs, évaporateurs Type d induction 2. Les principes «des modes ventilatoires»
Objectifs 1. Le ventilateur (station) d anesthésie Principes de fonctionnement, Composants: circuits, ventilateurs, évaporateurs Type d induction 2. Les principes «des modes ventilatoires»
Le ventilateur d anesthésie Généralités Principe de fonctionnement Circuit : Force motrice Mélangeur Évaporateur Bypass Valve de surpression (Valve APL) Chaux sodée Piège à eau / Evacuation des gaz Compensation de compliance Mode d induction La station d anesthésie Recommandations SFAR Performances
1902 1940-50 1 «machine» permettant le dosage de l'oxygène, de l'éther et du chloroforme Poumon d acier (épidémie de polio) Ventilation manuelle
1990-2000 > 2010 Nouveaux modes Ventilatoires: «Volumétriques / Barométriques» «Contrôlés / Partielles» Un mode Ventilatoire: «Volume Contrôlé» Station d anesthésie
4 rôles du ventilateur d anesthésie Apporter de l O2 Eliminer le CO2 Conditionner les gaz Apporter des gaz et vapeurs anesthésiques
Réseau de fluides médicaux Air Oxygène (O 2 ) Protoxyde d azote (N 2 O) Vide Pression = 3,5 bar ± 20 %, soit entre 2,8 bar et 4,2 bar
Ventilateur Schéma général Mélange Air/O 2 Valve inspiratoire Branche inspiratoire Contrôle Patient Échappement Valve expiratoire Branche expiratoire
Ventilateur Inspiration Valve inspiratoire Contrôle Valve expiratoire Paw t
Ventilateur Plateau Valve inspiratoire Contrôle Valve expiratoire Paw t
Ventilateur Expiration Valve inspiratoire Contrôle Valve expiratoire Paw t
Circuit des ventilateurs d anesthésie Circuit d anesthésie = ensemble des parties constitutives de l appareil d anesthésie par lesquels transitent les gaz depuis les prises murales jusqu au patient. A l heure actuelle tous les circuits d anesthésie permettent le recyclage (réinhalation) d une partie ± importante des gaz expirés par le patient (à la différence des circuits de réanimation). Valve anti-retour expiratoire Valve de Pmax/PEP Capteur de pression Ballon réversoir Chaux sodée expiration inspiration DGF Valve anti-retour inspiratoire Ventilateur Capteur de spirométrie Inspiratoire et expiratoire
Circuit des ventilateurs d anesthésie Valve anti-retour expiratoire Ballon réversoir Chaux sodée expiration inspiration DGF Valve anti-retour inspiratoire Ventilateur
Circuit des ventilateurs d anesthésie Valve anti-retour expiratoire Capteur de pression Ballon réversoir Chaux sodée expiration inspiration DGF Valve anti-retour inspiratoire Ventilateur Capteur de spirométrie Inspiratoire et expiratoire
Circuit des ventilateurs d anesthésie Valve anti-retour expiratoire Valve de Pmax/PEP Capteur de pression Ballon réversoir Chaux sodée expiration inspiration DGF Valve anti-retour inspiratoire Ventilateur Capteur de spirométrie Inspiratoire et expiratoire
Circuit des ventilateurs d anesthésie Ballon MAN/SPONT (réservoir) ou ballon du circuit externe (dit à la française) La force motrice nécessaire à la ventilation peut être manuel ou mécanique - Propulsion pneumatique (soufflet ascendant ou descendant, «volume reflector») - Propulsion électrique (piston ou turbine)
Circuit des ventilateurs d anesthésie La composition de gaz frais est déterminé par deux réglages : Mélangeur des gaz vecteur O2/N2O ou O2/Air Réglage de l évaporateur O 2 DGF % L/min 33 2.00 Air NO 2 O 2 Air N 2 O
Circuit des ventilateurs d anesthésie La composition de gaz frais est déterminé par deux réglages : Mélangeur des gaz vecteur O2/N2O ou O2/Air Réglage de l évaporateur O 2 DGF % L/min Air 33 2.00 NO 2 O 2 L appareil générateur du mélange de gaz frais fournit un débit constant de gaz de composition déterminée au système d anesthésie (pas au patient) Air N 2 O
Mélangeur Deux solutions pour délivrer d O 2 et N 2 O Mélangeur classique ou électronique Sélection : Gaz vecteur N 2 O ou Air (mélange à l O 2 ) Réglage : 1. Debit O 2 ex. 1 L/min 2. Debit N 2 O ex. 2 L/min Conc. O 2 = Debit O 2 / (Debit O 2 + Debit N 2 O) = (Debit O 2 + 0,21 Debit Air) / (Debit O 2 + Debit Air) Sélection : Gaz vecteur : N 2 O ou Air (mélange a l O 2 ) Réglage : 1. Concentration en O 2 (ex. 50 %) 2. Debit Total de gaz frais (ex. 1 L/min)
Mélangeur à tubes débitmétriques
Mélangeur à tubes débitmétriques O 2 rapide Mélange O 2 /N 2 O Tubes débitmétriques Robinets Asservissement N 2 O O 2 Clapets anti-retour 3,5 bar ± 20% N 2 O
Mélangeur électronique
Mélangeur électronique Unité de contrôle Air N 2 O O 2 Valves d entrées Capacité Valve de débit
Mélangeur électronique Gaz frais O2 + N2O O2 % 50 N2O L/min 1.00 AIR unité de contrôle Informations du ventilateur Les valves d entrée de gaz permettent l admission d Air et d O 2 ou de N 2 O et d O 2 dans le réservoir de mélange en fonction du réglage de concentration. Les valves s ouvrent et se ferment l une après l autre, et les débits de gaz sont mesurés pour que le mélange reste indépendant des pressions d alimentation. Le débit total de gaz frais est contrôlé par une valve proportionnelle (valve de contrôle du gaz frais) Air N 2 O V P réservoir de mélange 0.5 L V P gaz frais O 2 valves d entrée de gaz valve de contrôle du débit de gaz frais (0,5-12 L/min) O 2 rapide Vapor O 2 +
Evaporateurs
Evaporateurs Toujours en dehors du système d anesthésie (+++) injecteurs en système fermé : exceptionnel, contrôles +++ Evaporation indépendante du débit et de la composition du gaz ou mélange vecteur Évaporation stable en fonction de la pression et de la température : systèmes à inertie et à correction Séparateurs de débit Desflurane : évaporateur chauffant
Evaporateurs
Evaporateurs Nouvelle génération d évaporateurs : système d injection directe des halogénés dans le circuit anesthésique
By-pass d oxygène - Fournit directement au système d anesthésie, de l O 2 pur sous un fort débit. - Shunte les rotamètres, le mélangeur et les évaporateurs - Doit être accessible facilement!!!
Valve de surpression = valve APL (Adjustable Pressure Level valve). Réglage défini par le niveau maximal de pression qui régnera dans le circuit et les voies aériennes du patient. Exemple de valve APL sur Fabius, Primus ou Zeus Elle permet la pressurisation (jusqu au niveau affiché) du circuit pour la ventilation manuelle (d où sur certains respirateurs sa double fonction de «bascule» sur le circuit manuel). Permet de mesurer la pression de fuite avec des systèmes de ventilation supraglottiques.
Absorbeur de CO 2 : bac à chaux sodée Poussière, sécheresse, corrosion => chaux comprimée, humide Attention à : - couleur : violet = épuisement - constitution de tunnels ou cheminées - composé A et sévoflurane : toxicité rénale chez le rat - CO et desflurane «Monday morning syndrome» : O 2 tourne tout le week-end, chaux sodée se déshydrate production de CO par interaction desflurane / chaux sodée deshydratée
A vider régulièrement!!! Piège à eau Evacuation des gaz Prise SEGA : Système d Evacuation des Gaz Anesthésiques Alternative (surtout en réanimation) : réceptacle à Sévoflurane
Compensation de compliance La notion de compliance - Compliance = inverse de l élastance - Représente la «déformabilité» du circuit traversé par les gaz. - Compliance interne du ventilateur - et Compliance du circuit déterminent le volume de gaz comprimé dans l appareil, mesuré mais non insufflé dans les voies aériennes - Le ventilateur indique un VT (Volume courant) supérieur à celui réellement administré Volume comprimé = compliance x pression d insufflation, soit : Compliance interne = 6 ml/cmh 2 O Pression de crête = 25 cmh 2 O Volume comprimé = 150 ml!!! En pédiatrie +++ La compensation de compliance compense ce défect en comparant les spirométries inspiratoires et expiratoires et/ou en mesurant la compliance du circuit lors de l auto test => Ne pas modifier le type de circuit sans refaire l auto test!!!
Compensation de compliance La notion de compliance - Compliance = inverse de l élastance - Représente la «déformabilité» du circuit traversé par les gaz. - Compliance interne du ventilateur - et Compliance du circuit déterminent le volume de gaz comprimé dans l appareil, mesuré mais non insufflé dans les voies aériennes - Le ventilateur indique un VT (Volume courant) supérieur à celui réellement administré Volume comprimé = compliance x pression d insufflation, soit : Compliance interne = 6 ml/cmh 2 O Pression de crête = 25 cmh 2 O Volume comprimé = 150 ml!!! En pédiatrie +++ La compensation de compliance compense ce défect en comparant les spirométries inspiratoires et expiratoires et/ou en mesurant la compliance du circuit lors de l auto test => Ne pas modifier le type de circuit sans refaire l auto test!!!
Compensation de compliance La notion de compliance - Compliance = inverse de l élastance - Représente la «déformabilité» du circuit traversé par les gaz. - Compliance interne du ventilateur - et Compliance du circuit déterminent le volume de gaz comprimé dans l appareil, mesuré mais non insufflé dans les voies aériennes - Le ventilateur indique un VT (Volume courant) supérieur à celui réellement administré Volume comprimé = compliance x pression d insufflation, soit : Compliance interne = 6 ml/cmh 2 O Pression de crête = 25 cmh 2 O Volume comprimé = 150 ml!!! En pédiatrie +++ La compensation de compliance compense ce défect en comparant les spirométries inspiratoires et expiratoires et/ou en mesurant la compliance du circuit lors de l auto test => Ne pas modifier le type de circuit sans refaire l auto test!!!
Mode d induction Circuit accessoire ou circuit machine???
Induction au circuit accessoire Masque gaz frais Mélangeur Cuve Chaux sodée Monitorage de : pression NON volumes NON gaz (O 2, CO 2, halogénés) seulement si le moniteur est relié au masque!
Induction au circuit accessoire Dalens, TAGMAP
Induction au circuit machine gaz frais Masque Mélangeur Cuve Chaux sodée Monitorage de : pression volumes gaz (O 2, CO 2, halogénés)
Induction au circuit machine Dalens, TAGMAP
Circuit machine vs accessoire Circuit machine Avantages Monitorage gaz + ventilation (spiro, Paw) Utilisation du système antipollution Circuit accessoire Circuit léger Compliance basse Inconvénients Circuit plus lourd et encombrant Pas de monitorage de la ventilation (spiro, Paw) Monitorage des gaz seulement si la ligne de prélèvement est branchée Pas d'utilisation du système antipollution
La station d anesthésie Station d Anesthésie = Poste de Travail = Sous-Ensembles Moniteur cardiovasculaire ECG, PNI, SpO 2, (PI) Moniteur gaz CO 2, halogéné, N 2 O Moniteur ventilation Paw, spiro, FiO 2 Mélangeur Évaporateur Data Management Ventilateur (Respirateur)
Station d anesthésie : à la carte Administration de gaz frais Évaporateurs Ventilateur Monitorage des gaz Monitorage cardiovasculaire Monitorage profondeur anesthésie Monitorage de la curarisation Pousse-seringues Aspiration Système d informations médicales? Un seul appareil Simplicité «tout intégré»
Station d Anesthésie (moderne) Sous-Ensembles Évaporateurs Moniteur ventilation + gaz Mélangeur Ventilateur
«Station d anesthésie multifonction à la carte» Monitorage de la ventilation Cockpit d anesthésie Monitorage cardiovasculaire Réglages de la ventilation et de l administration des gaz Contrôle de l administration intraveineuse Drager: Primus; Zeus
«Station d anesthésie multifonction à la carte» Avantages Tout intégré Facilité de mobilisation Moins de branchement Moins de fils Inconvénients En cas de panne de l un des éléments : immobilisation de toute la station Difficulté en cas de mise en réseau (homogénéité du parc des moniteurs ) Évolutivité limitée Trop performant?
Recommandations SFAR
Recommandations de la SFAR (1) Concernant l appareil d anesthésie et sa vérification avant utilisation (janvier 1994) 1- Appareil d anesthésie - Bouteille d oxygène de réserve - Manomètres de pressions d alimentation - Alarme de défaut d oxygène - Dispositif de coupure du N 2 O - Mélangeur : pas de mélange hypoxique - Évaporateur : précis à 20 % clé de remplissage - Respirateur : adaptable au circuit fermé utilisable en Air + O 2 dispositif de ventilation manuelle - Monitorage : Paw, spirométrie, FiO 2 CO 2Halogéné en circuit fermé - Système anti-pollution : non connecté au vide central
Recommandations de la SFAR (2) Concernant l appareil d anesthésie et sa vérification avant utilisation (janvier 1994) 2- Check-list - A effectuer avant chaque programme opératoire 3- Vérification périodique du matériel - Par un technicien suivant les recommandations du fabricant 4- Arrêt de l appareil en fin de programme opératoire - Alimentation en gaz débranchée - Alimentation électrique débranchée
Recommandations de la SFAR (3) Concernant l appareil d anesthésie et sa vérification avant utilisation (janvier 1994) 5- Nettoyage/Stérilisation - En fonction de l utilisation 6- Notice d utilisation - Claire et détaillée 7- Carnet de bord de l appareil - Visites de maintenance consignées 8- Formation à l utilisation de l appareil - Pas d utilisation avant formation théorique et pratique 9- Rapport en cas d incident - Auprès de la commission Nationale d Homologation
Recommandations de la SFAR concernant l hygiène en anesthésie (1) Matériel non critique (en contact avec la peau) : garrot, brassard à tension, manche du laryngoscope, stéthoscope, etc. Matériel semi-critique (en contact avec une muqueuse) : lame de laryngoscope, pince de Magill, masque facial, ballon souple, valve directionnelle, circuit externe et interne du respirateur et de l appareil d anesthésie, etc. Matériel critique (pénétrant un tissu stérile): cathéter veineux et artériel, cathéter péridural, aiguille pour anesthésie péridurale ou sousarachnoïdienne, canule de trachéotomie, etc.
Recommandations de la SFAR concernant l hygiène en anesthésie (2) MATÉRIEL SOUILLÉ INDICATIONS Non critique Semi-critique Critique non stérilisable Critique Semi-critique stérilisable PROCÉDURE P1 P2 P3 Étape 1 Décontamination Décontamination Décontamination Étape 2 Nettoyage, rinçage, séchage manuels ou automatisés Nettoyage, rinçage, séchage manuels ou automatisés Nettoyage, rinçage, séchage manuels ou automatisés Étape 3 Désinfection par immersion Stérilisation RÉSULTAT Matériel propre Matériel désinfecté Matériel stérile circuit patient interne/externe
Recommandations de la SFAR concernant l hygiène en anesthésie (3) Utiliser de préférence du matériel à usage unique Matériel non critique : décontaminer et nettoyer entre chaque patient Matériel semi-critique : décontaminer, nettoyer et désinfecter entre chaque patient (stériliser si possible) Utiliser de préférence un filtre bactérien et viral pour chaque patient Changer toutes les semaines les circuits des respirateurs et machines d anesthésie
Objectifs 1. Le ventilateur (station) d anesthésie Principes de fonctionnement, Composants: circuits, ventilateurs, évaporateurs Type d induction 2. Les principes «des modes ventilatoires»
Modes de ventilation : Essai de classification Volumétriques (débit) Barométriques (pression) Contrôlé Partielle Contrôlé Partielle VC VAC VACI PC PAC BIPAP Mixtes (combinés) -PAV; PPS; ASV, VSV, APV PA ou AI
Monitorage Pressions voies aériennes (Paw) Intérêts : Surveillance des pressions dans le circuit patient Contrôle du débranchement et de l obstruction Critère de réglage du respirateur Prévention du barotraumatisme
Monitorage spirométrie Intérêt : Contrôle du volume courant, du volume-minute et de la fréquence respiratoire Technologies : Capteur à turbine Capteur à fil chaud (simple ou double) Pneumotachographe
Qu est ce que la courbe pression-volume Et la Compliance du système respiratoire?
Courbe pression volume Volume (ml) Poumon (alvéole) Pression (cmh2o)
Courbe pression volume Volume (ml) 500 ml Expiration Inspiration 5 cmh 2 O Pression (cmh 2 O)
VOLUME (ml) C= 500/2,5 = 200 ml/cmh2o 1400 1200 C= 500/5 = 100 ml/cmh2o 1000 800 600 500 400 C= 500/50 = 10 ml/cmh2o 200 0 2,5 5 10 20 30 40 50 PRESSION (cmh2o)
Pour chaque combinaison pression-volume, il n exite qu un point Réglages Monitorage Mode en volume Mode en volume Mode en pression Mode en pression
PARAMETRES REGLES ET PARAMATRES MONITORES POUR CHAQUE MODE VENTILATOIRE Paramètres ventilatoires Volume courant Pression voies aériennes PEEP VOLUME CONTROLE FIXE (assuré) variable fixe PRESSION CONTROLEE variable FIXE (controlée = sécurité) fixe DEBIT Carré (constant) décélérant
Mode en Débit (volume) VC, VAC Pression Débit
Mode en Pression (barométrique) AI, PC, PAC, BIPAP Pression Débit
Quelles sont les différences entre un mode en volume et un mode en pression? PARAMETRES REGLES ET PARAMATRES MONITORES Paramètres ventilatoires VOLUME courant PRESSION voies aériennes DEBIT VOLUME CONTROLE FIXE (assuré) variable Carré (constant) PRESSION CONTROLEE variable FIXE (controlée = sécurité) décélérant ALARMES à surveiller Pressions (Ppic, Pplat, Pmoy) Volume (VT mini) Ventilation minute EtCO2
VOLUME CONTRÔLE Effets d'une augmentation d'impédance du système respiratoire P (cm H 2 O) + débit (L.min -1 ) - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t. (secondes) Le volume réglé est bien délivré, mais la pression est non controlée : risque barotraumatique
PRESSION CONTROLEE Effets d'une augmentation d'impédance du système respiratoire 20 P (cm H 2 O) + 0 Q (L.min -1 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t. (secondes) - La pression est bien controlée (pas de risque barotraumatique), mais le volume délivré chute à chaque cycle (moins de ventilation : PaCO2 )
Q.C.M
RECOMMANDATIONS CONCERNANT L APPAREIL D ANESTHESIE ET SA VERIFICATION AVANT UTILISATION Recommandations SFAR 1994 NIVEAU 1 L APPAREIL D ANESTHESIE DOIT COMPORTER : a) des manomètres indiquant la pression des gaz d alimentation b) une cartouche absorbante retenant les halogénés c) un débitmètre mélangeur assurant une FiO2 > 21 % d) une bouteille d oxygène de réserve solidarisée au respirateur e) une bouteille d O2 de réserve disponible, à proximité du respirateur Réponses : A, C, D
LE DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DU SYSTEME ANESTHESIQUE COMPORTE OBLIGATOIREMENT : a) une alarme de débranchement b) un manomètre c) une spirométrie (volume/débit) d) un capnographe e) un analyseur de vapeur anesthésique Réponses : A, B, C, D
VERIFICATION DE L APPAREIL D ANESTHESIE : a) l appareil d anesthésie est obligatoirement vérifié avant le début du programme opératoire. b) l autocontrôle effectué par certaines machines remplace la vérification par le médecin anesthésiste. c) la vérification complète est répétée entre chaque intervention d) la vérification du système antipollution est une recommandation e) les vaporisateurs à sévoflurane doivent être systématiquement vidangés tous les 8 jours. Réponses : A, D
- Progrès technologiques (respirateur anesthésie respirateur réanimation) - Homogénéité des ventilateurs - Coût achat et exploitation, ergonomie - Répétition des tests (fiabilité) = surveillance ++ - Formation des utilisateurs ++ Conclusion Attention à trop «d améliorations cosmétiques» - Place de l Aide Inspiratoire à mieux préciser? Toujours privilégier la simplicité et la sécurité - L avenir: "l anesthésie quantitative" en circuit fermé strict autorégulée? - Des Etudes cliniques sont «nécessaires» +++