Pratique médico-militaire

Pratique médico-militaire L administration automatisée des médicaments : une aide pour l anesthésiste réanimateur militaire. E. Batjom a, N. Liu b, T. Chazot b, B. Lenoir c. a Service d anesthésie-réanimation, HIA Bégin, 69 avenue de Paris 94120 Saint-Mandé Cedex. b Service d anesthésie-réanimation, Hôpital Foch 92150 Suresnes. c Service d anesthésie-réanimation, HIA Percy, BP 406 92141 Clamart Cedex. Article reçu le 17 décembre 2008, accepté le 19 avril 2010. Résumé Les systèmes d asservissement appliqués à la pratique médicale sont encore du domaine de la recherche clinique mais leur usage devrait se généraliser dans les années à venir. Ils devraient permettre de diminuer la morbi-mortalité en augmentant la précision de certaines tâches, en diminuant les erreurs humaines, et éventuellement en économisant les ressources en personnel ou en médicaments. Ces avantages potentiels ont suscité l intérêt de l armée américaine et ne devraient pas être négligés par le Service de santé des armées. Dans cet article nous présentons des recherches menées par l armée américaine et les derniers développements réalisés en France, afin de souligner les avantages possibles des systèmes d administration automatisée des médicaments pour les anesthésistes militaires, en particulier en situation d exception. Mots-clés : Administration automatisée des médicaments. Boucle. Médecine de l avant. Abstract CLOSED-LOOP: A HELP FOR MILITARY ANESTHESIOLOGIST. The closed-loop systems we use in our everyday life are only used at the stage of clinical research in medicine, but they should become widespread in the years to come. The objective being to reduce the morbidity and mortality, to reduce human errors, and also to save human resources and medicine. These potential advantages raised the interest of the United States Military Health System and should not be disregarded by the French Army Health Service. In this article, we will report some of the research carried out by the American army, and the latest developments we have achieved in France, in order to emphasize the possible advantages for an army medical anesthesiologist, particularly in exceptional situations. Keywords: Autonomous healthcare. Closed-loop anesthesia. Combat casualty care. Introduction. Les systèmes d asservissement ou les boucles de rétrocontrôle sont des outils qui font partie de notre quotidien et sont devenus indispensables. Ces régulateurs peuvent être un simple thermostat qui régule la température, ou des contrôleurs complexes permettant le pilotage des drones. Dans le milieu médical, la technologie des systèmes d asservissement est utilisée depuis des décennies pour réguler les pace maker, les cœurs artificiels ou plus récemment les défibrillateurs semi-automatiques. Depuis quelques années de nouveaux E. BATJOM, médecin principal, praticien certifié. N. LIU, spécialiste en anesthésieréanimation. T. CHAZOT, spécialiste en anesthésie-réanimation. B. LENOIR, médecin chef des services, professeur agrégé du Val-de-Grâce. Correspondance : E. BATJOM, Service d anesthésie-réanimation, HIA Bégin, 69 avenue de Paris 94120 Saint-Mandé Cedex. E-mail: ebtjm@free.fr prototypes sont en cours de développement et permettent l administration automatisée de médicaments. L intérêt de ces nouveaux outils est d améliorer la sécurité des patients en diminuant la charge de travail du médecin lors de procédures complexes ou d exception, et d éviter des accidents liés à des erreurs humaines ou à une insuffisance de moyens. L objet de cet article est de montrer l intérêt potentiel de cette technologie dans le cadre spécifique de la médecine militaire. Description du principe des systèmes d asservissement ou boucles ouvertes et fermées. Un système d asservissement permet de contrôler et de stabiliser un système dynamique. On peut utiliser une boucle de rétrocontrôle, afin d administrer un médecine et armées, 2010, 38, 4, 363-367 363

médicament en fonction de son effet ou selon un objectif fixé. L idéal est d avoir un capteur qui mesure de manière spécifique l effet obtenu par l administration du médicament. On distingue deux systèmes de boucles: les boucles ouvertes, pour lesquelles une intervention humaine est nécessaire. En effet, c est le soignant qui adaptera la réponse à l effet observé. Il s agit par exemple de la modification d un débit d insuline en fonction de la glycémie ou la modification d un traitement antihypertenseur après la mesure de la pression artérielle. Ce système de boucle ouverte représente notre mode d administration des médicaments le plus répandu; les boucles fermées, aussi appelées «closed-loop» ou «feed-back control», sont des contrôleurs qui permettent de réguler un effet sans intervention humaine. Il suffit d avoir un outil qui mesure l effet que l on souhaite contrôler, un outil d administration et un algorithme. Ainsi certains ont créé des systèmes de régulation de la glycémie avec une sécrétion d insuline adaptée au monitorage de la glycémie. Les résultats mettent en évidence un meilleur contrôle glycémique dans le groupe en boucle fermée par rapport au groupe en boucle ouverte (1, 2). Les protocoles de contrôle glycémique en boucles ouvertes sont souvent complexes, consommateurs de temps infirmier et sont potentiellement responsables d hypoglycémies iatrogènes. À l inverse, l objectif des protocoles de contrôle glycémique en boucles fermées est d améliorer la sécurité des patients, le contrôle glycémique et de diminuer la charge de travail infirmier (3). L intérêt d une boucle fermée en pratique médicale est donc d améliorer la qualité des soins et la sécurité par une adaptation du traitement en temps réel. Ce gain en précision s accompagne potentiellement d une économie des ressources en personnel et éventuellement en médicaments. Plusieurs groupes de recherche se sont donc intéressés à l application et l apport des techniques utilisant des boucles fermées en situations d exception (afflux massifs de blessés, opérations militaires, situations d isolement ), l objectif étant de réduire la morbi-mortalité et d optimiser les ressources (4). Dans ces situations, le personnel médical est souvent en sous effectif avec des moyens limités par rapport à la charge de travail. État des lieux des recherches. Parmi les systèmes d asservissement, les plus étudiés chez l homme concernent, entre autres, l optimisation de la ventilation mécanique, l optimisation du remplissage vasculaire et l administration automatisée des agents d anesthésie, trois éléments majeurs de la prise en charge du polytraumatisé. Les systèmes d optimisation de ventilation mécanique sont basés sur l analyse des gaz expirés comme le CO 2 et la saturation en oxygène (5). Le volume minute du respirateur est adapté à la capnie et la fraction inspirée d oxygène (ou parfois la pression positive en fin d expiration) à la saturation pulsée en oxygène (6). Ainsi dans une étude de l armée américaine, 22 patients ventilés mécaniquement, ont bénéficié d un système en boucle fermée pour l administration de l oxygène lors de leur évacuation sanitaire, par voie aérienne entre l Irak et l Allemagne (7). L objectif de cet essai clinique était d optimiser l utilisation de l oxygène, en délivrant le minimum de gaz tout en conservant une hématose satisfaisante. En effet, on sait que lors de ces évacuations la quantité d oxygène emportée dans l aéronef est limitée. Cet essai a démontré la faisabilité d un tel outil. Et de plus en plus d études sont faites en réanimation y compris en néonatologie ou chez le patient traumatisé permettant ainsi une réduction du nombre d adaptations manuelles nécessaires pour optimiser la ventilation (8-11). Ces systèmes pourraient permettre un sevrage de la ventilation mécanique plus précoce (12, 13). Enfin ces boucles fermées peuvent présenter un intérêt pour optimiser la ventilation en situation d isolement en l absence de réanimateur (14). Concernant le remplissage vasculaire, deux travaux ont expérimenté des boucles fermées sur l animal. La première étude a eu pour objectif d optimiser le remplissage vasculaire chez l animal brûlé en l adaptant au débit urinaire (15). Ce modèle, relativement simple et proche des protocoles en boucle ouverte, a démontré son efficacité et semble facilement transposable à l homme. Dans le deuxième modèle, il s agissait d animaux soumis à une hémorragie de 25 ml/kg. Le remplissage vasculaire a eu pour objectif de restaurer une pression artérielle moyenne de 80 mmhg (16). Ces deux études ont démontré la faisabilité de l automatisation du remplissage chez l animal. L étude concernant l hypovolémie secondaire à une hémorragie, quant à elle, pose plusieurs problèmes: le choix du paramètre cible, la pression artérielle ou le débit cardiaque? le problème du choix de l objectif tensionnel (pression artérielle moyenne à 90, 80 ou 65 mmhg) ; le choix du soluté de remplissage, cristalloïde ou colloïde? enfin, le problème de l évaluation correcte des pertes sanguines. Sur ce modèle hémorragique, il reste encore beaucoup de recherches à réaliser avant une éventuelle transposition chez l homme. En effet le plus souvent la pression artérielle reste longtemps inchangée avant le collapsus et un modèle de remplissage basé sur ce paramètre risque d être pris en défaut (17). Le domaine ayant donné lieu au plus grand nombre d études est l administration automatisée des agents de l anesthésie intraveineuse, basée sur l analyse de l activité électro-corticale (18-31). Les données sont fournies par différents moniteurs (index Bispectral, entropy électro-encéphalographique et potentiels évoqués). Actuellement, le moniteur le plus utilisé est l index bispectral (BIS ). C est un moniteur de la profondeur de l anesthésie qui tient compte du degré de synchronisation de l EEG, du pourcentage de fréquences rapides et du pourcentage de tracé plat ou presque plat qui apparait en cas d anesthésie profonde. Cette analyse aboutit à un paramètre unique, l index bispectral ou BIS, qui se traduit par un nombre compris entre 100 et 0. Les valeurs de 100 à 90 correspondent à l éveil, de 90 à 70 à la sédation légère, de 70 à 60 à la sédation profonde, de 60 à 40 à l anesthésie générale correcte, à moins de 40 à l anesthésie profonde et 0 correspond à l EEG plat. Son utilisation est simple, ne nécessite pas de calibration et 364 e. batjom

l on dispose sur le front du patient un bandeau à usage unique comprenant quatre électrodes autocollantes. Le contrôle en boucle de l administration d un hypnotique guidé par le BIS devrait améliorer la stabilité de l anesthésie par une titration continue en évitant les épisodes de sur-dosage (responsables d hypotension ou de retard de réveil) ou de sous-dosage (responsables d hypertension ou de mémorisation) (28). Les agents d anesthésie utilisés sont des agents d anesthésie à demi vie courte, ne présentant pas de phénomène d accumulation, afin d adapter au mieux la quantité perfusée en fonction des besoins spécifiques de chaque patient à chaque instant. C est le cas du propofol qui est un agent hypnotique avec un pic d effet atteint en moins de trois minutes, ou du remifentanil qui est un morphinomimétique synthétique dont le pic d effet est obtenu en 90 secondes. Ces deux agents ne présentent pas de métabolite actif. Différents algorithmes sont utilisés pour réaliser une boucle fermée: l algorithme le plus utilisé est le régulateur «proportionnel intégral dérivé» (PID). Le régulateur prend en considération trois termes pour appliquer une correction de concentration: - la différence entre le BIS mesuré et le BIS à un instant t, - la valeur du BIS pendant un intervalle de temps ou son intégrale qui précède une correction, c est une analyse de l action précédente, - la dérivé ou la pente de la tendance du BIS qui évalue l évolution du paramètre. Le PID est le régulateur de base des commandes du pilote automatique dans l industrie aéronautique, prouvant que ce principe est robuste. De nombreux régulateurs sont basés sur un système PID entre une perfusion de propofol à objectif de concentration avec le modèle pharmacocinétique de Schnider (32) et le BIS. L intervalle entre les modifications successives de concentration dépend du délai nécessaire à l équilibre au site effet donné par le modèle pharmacocinétique (25, 33), - le régulateur «Neural Network» ou «réseaux neuronaux» est une approche par l intelligence artificielle. On reproduit le raisonnement humain par imitation du fonctionnement du cerveau dans les réseaux neuronaux. Une étude avec un nombre faible de patients (n =7) a montré la faisabilité de ce type d algorithme (34), - le régulateur «Model-Based-Adaptive», introduit par Schwilden et coll., consiste à déterminer le modèle pharmacocinétique spécifique de chaque patient lors de l induction (35). Le contrôleur augmente par paliers successifs le débit du propofol avec enregistrement simultané de l EEG ou du BIS. Puis, il recalcule un modèle pharmacodynamique spécifique du patient en corrélant les concentrations calculées de propofol et le BIS. Malheureusement, la durée de l induction pour calculer ce modèle, trop longue (21), a fait abandonner cette approche. Récemment, la même équipe a combiné une approche Bayesienne pour optimiser le modèle de population utilisé et pour diminuer la durée de l induction. La faisabilité de ce type d algorithme a été démontrée pour la sédation de patiente lors d une ponction ovarienne (27). Ces systèmes de boucle simple, associant le monitorage de la profondeur de l anesthésie par le BIS et la perfusion de propofol, ont une limite : ils ne prennent en compte que l hypnose et ne prennent pas en charge l analgésie qui est l autre composante principale de l anesthésie générale. Depuis quelques années, l équipe de l hôpital Foch, à Suresnes, développe un système permettant le pilotage automatique simultané de l hypnotique et du morphinomimétique. Son algorithme fait l hypothèse que le BIS d un opéré incorrectement analgésié augmente lors d un stimulus nociceptif, l activation électro-corticale secondaire à stimulus nociceptif révèlent un déficit en antinociception. Les auteurs ont développé un contrôleur avec une structure en cascade qui inclut un algorithme PID, une perfusion des drogues en mode Anesthésie intraveineuse à objectif de concentration (AIVOC), un amplificateur de la correction et des règles d interaction entre le propofol et le remifentanil. L avantage de ce type de configuration est que le système maintiendra automatiquement la dernière concentration demandée si l on perd le signal provenant du BIS. L objectif est de maintenir un BIS entre 45 et 60. Ce système permet de «piloter» l anesthésie, de l induction au réveil. Dans ces conditions les soignants prennent en charge la myorelaxation, vérifient l absence d artefact du signal, se consacrent à l homéostasie cardio-respiratoire ou à la réalisation de gestes techniques (pose de voie centrale par exemple). Cette double boucle est utilisée de façon satisfaisante en recherche clinique. À ce jour, plus d un millier de patients ont bénéficié de cette technique, en particulier des patients à risque anesthésique élevé (remplacement de valves cardiaques, pontages coronariens ) et dans une série de 20 cas de greffes pulmonaires dont certains avec choc hémorragique (36). Cette boucle étant basée sur un signal cortical, a l avantage de supprimer les différences inter-individuelles et peut être utilisée en pédiatrie (37) aussi bien que chez les patients atteints de gigantisme (38), patients qui ne sont pas forcement intégrés dans les modèles pharmacologiques. Ces boucles fermées sont aussi étudiées pour prendre en charge la sédation des patients en unités de réanimation compte tenu des avantages supposés en termes de qualité de soins (39, 40). Ces systèmes de boucles fermées pourraient aussi présenter un intérêt dans le transport pré hospitalier, en particulier chez le blessé de guerre. Dans les nombreuses situations d exception auxquelles doit faire face le Service de santé, on peut imaginer tout le bénéfice que ces systèmes d asservissements pourraient nous apporter, notamment: - pour le transport terrestre ou aérien (comme dans le cadre du programme «MORPHÉE»). En effet, les alarmes ne sont pas toujours audibles et les rappels lumineux non vus. Par ailleurs lors des phases d atterrissage et de décollage (qui sont des phases critiques pour les patients instables), le personnel médical est assis et ceinturé donc non disponible pour adapter le traitement en cas de besoin; en cas d afflux massif de victimes, et donc de pénurie de personnel médical; en situation d isolement lors d intervention chirurgicale en l absence de médecin anesthésiste (sous-marins, TAAF ). On peut imaginer un infirmier anesthésiste ou un médecin généraliste utilisant ce matériel après une formation, comme c est le cas aujourd hui pour l utilisation de défibrillateurs semil administration automatisée des médicaments : une aide pour l anesthésiste réanimateur militaire. 365

automatiques par des secouristes (41). De plus, ces outils peuvent éventuellement être contrôlés à distance par un médecin en télé-médecine (41, 42); enfin ce système a l avantage d utiliser une anesthésie intraveineuse et donc ne nécessitant pas de respirateur d anesthésie en circuit fermé. Il est intéressant de noter que seuls les médecins militaires américains en opération sont autorisés à utiliser les systèmes d anesthésie intraveineuse à objectif de concentration qui sont interdits en Amérique du Nord. Le système de boucle fermée, le plus abouti et ayant la plus grande série de cas est la double boucle d anesthésie développée en France. Ce contrôleur assure la stabilité de l anesthésie générale de façon automatique en simplifiant la tâche du médecin en situation d isolement, occupé par ailleurs à la réalisation de gestes techniques. On diminue le risque d erreur humaine en cas d intervention longue ou dans un contexte de dette de sommeil. Néanmoins il faut déterminer les limites d utilisation de cet outil dans un contexte opérationnel. Les outils informatiques nécessitent une alimentation électrique et présentent une certaine fragilité. Le BIS est perturbé par les vibrations, donc son utilisation peut être perturbée en particulier en orthopédie avec l utilisation de moteurs ou lors des transports. Enfin ce système semble actuellement uniquement destiné au personnel d anesthésie et n a peut-être pas sa place en médecine de l avant. Compte tenu des avantages potentiels, le Service de santé ne doit pas négliger ces nouveaux outils. Actuellement, l HIA Percy est centre investigateur dans une étude multicentrique en anesthésie dont le promoteur est l hôpital Foch. À l avenir il faudra développer nos propres protocoles afin de déterminer les applications possibles à la médecine militaire. Conclusion. Les boucles fermées peuvent prendre tout leur intérêt dans de nombreuses situations rencontrées par les médecins militaires, en particulier les anesthésistesréanimateurs, en prenant une part de la charge des soins tout en améliorant leur qualité. Ces boucles fermées peuvent permettre par exemple la perfusion automatisée des agents de la sédation ou de l anesthésie ou l optimisation de la ventilation mécanique. Actuellement, ces outils sont encore du domaine de la recherche clinique mais ils ne doivent pas être négligés par le Service de santé des armées, car ils devraient se généraliser dans les années à venir en médecine civile, et espérons le, avoir des applications concrètes pour les médecins militaires. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 1. Okabayashi T, Nishimori I, Yamashita K, Sugimoto T, Maeda H, Yatabe T et al. Continuous post operative blood glucose monitoring and control by artificial pancreas in patients having pancreatic resection: a prospective randomized clinical trial. 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