Modes d`administration et absorption pulmonaire du

Questions pour un champion en réanimation
MODES D’ADMINISTRATION ET ABSORPTION PULMONAIRE DU MONOXYDE D’AZOTE INHALE EN
VENTILATION ARTIFICIELLE
L. Puybasset, J-J. Rouby, Unité de Réanimation Chirurgicale, Département d’Anesthésie-Réanimation de la Pitié-Salpêtrière 47-83, boulevard de l’Hôpital, 75013 Paris, France.
INTRODUCTION
L’inhalation de monoxyde d’azote (NO) en ventilation artificielle peut se faire selon
deux modalités différentes. Soit le NO est administré en aval du respirateur dans la branche
inspiratoire du circuit, soit il est mélangé à l’oxygène et à l’azote en amont du ventilateur,
celui-ci servant de chambre de mélange. Du fait de sa simplicité de mise en œuvre et de
son moindre coût, l’administration en aval du ventilateur est la plus utilisée en France. A
l’inverse, en Amérique et en Europe du Nord, le système d’administration en amont du
ventilateur est largement prédominant. Chaque système a ses avantages et ses
inconvénients.
1. ADMINISTRATION DU NO INHALE EN AMONT DU VENTILATEUR
1.1. PRINCIPE
L’administration en amont du respirateur a été initialement développée en
Scandinavie [1, 2]. Des régulateurs massiques de flux sont utilisés pour mélanger oxygène,
air et NO avant l’entrée basse pression des gaz dans le ventilateur (Système NOMIUS C
adapté sur un respirateur Siemens Servo 900 C). Ces débitmètres, onéreux et précis, ont
une variabilité égale ou inférieure à 1 % de la valeur de consigne. Un microprocesseur
permet de piloter chaque régulateur massique de flux pour obtenir la concentration de
NO désirée à l’entrée du respirateur. Il existe le plus souvent un système de mesure
permettant de vérifier la concentration de NO délivrée dans la branche inspiratoire du
circuit.
1.2. AVANTAGES
L’administration en amont du ventilateur assure une grande stabilité des concentrations
inspiratoires de NO, l’intérieur du ventilateur servant de chambre de mélange [2, 3]. Un
deuxième avantage est que la concentration inspiratoire de NO ne dépend pas du mode
ventilatoire utilisé. Dans ce système d’administration, la concentration inspirée de NO
ne dépend ni du débit de gaz délivré par le ventilateur, ni de sa forme, ni du rapport I/E,
371
372 MAPAR 1998
ni de l’effort inspiratoire généré par le patient. Il n’existe aucun risque de surdosage lié à
une interruption momentanée de la ventilation lors d’une aspiration trachéale ou en cas
de réduction brutale de la ventilation minute secondaire à une pause inspiratoire du patient
dans un mode ventilatoire d’assistance partielle [2, 3]. C’est la raison principale pour
laquelle ce mode d’administration est recommandé en Amérique du Nord et dans les
pays scandinaves [3, 4].
1.3. INCONVENIENTS
Le principal inconvénient de ce mode d’administration est d’allonger le temps de
contact entre le NO et l’oxygène [5]. Le dioxyde d’azote (NO2) résulte de l’oxydation du
NO. Il s’agit d’un composé toxique entraînant une bronchoconstriction pour des
concentrations comprises entre 0,6 et 2 ppm et une atteinte lésionnelle de la membrane
alvéolo-capillaire pour des concentrations supérieures à 2 ppm. La quantité de NO2 formée
est proportionnelle au temps de contact NO-O2, à la fraction inspirée d’oxygène (FIO2) et
au carré de la concentration de NO [6]. Parce que des FIO2 élevées sont utilisées au cours
du syndrome de détresse respiratoire aigu (SDRA), l’administration de NO en amont du
ventilateur peut générer de fortes concentrations de NO2. Il est donc nécessaire d’ajouter
un bac à chaux sodée sur le circuit inspiratoire de manière à éliminer le NO2 avant son
arrivée dans les voies aériennes supérieures du patient. La chaux sodée absorbe environ
75 % du NO2 formé et moins de 10 % du NO administré. Le renouvellement régulier de
la chaux sodée s’impose en cas d’administration prolongée de NO, une période de 3 jours
semblant être la durée maximum d’utilisation. Les différents systèmes disponibles dans
le commerce ne semblent pas équivalents dans leur capacité à éliminer le NO2 tout en
laissant passer le NO [2, 7, 8]. Il est donc recommandé de tester chaque absorbeur avant
utilisation clinique et de monitorer les concentrations de NO réellement délivrées en aval
de l’absorbeur [9]. En cas d’administration prolongée, il ne semble pas exister de risque
d’oxydation des parties métalliques internes du ventilateur par le NO et le NO2. Il existe
un deuxième inconvénient majeur de ce mode d’administration qui est son prix élevé.
2. ADMINISTRATION DU NO INHALE EN AVAL DU VENTILATEUR
L’administration du NO en aval du respirateur est largement utilisée en France et
dans les pays d’Europe du Sud comme l’Espagne et l’Italie. Le NO est administré dans la
partie initiale du tuyau inspiratoire immédiatement en aval de l’humidificateur chauffant
quand celui-ci est présent. La délivrance intra-trachéale directe ou au niveau de la pièce
en Y du ventilateur doivent être abandonnées. Il a été démontré que ces 2 types
d’administration génèrent, au site où le NO est délivré, de très hautes concentrations de
NO et de NO2 avec une toxicité potentielle pour la muqueuse trachéobronchique [2].
L’utilisation de matériel en Téflon pour connecter la bouteille de NO au site
d’administration et l’appareil de mesure au site de mesure est recommandée. Certains
plastiques sont en effet capables d’adsorber le NO. Il importe aussi de ne pas administrer
le NO au niveau d’un site humide : le gaz se dissolvant dans l’eau pour former l’acide
nitrique (HNO3) [2]. C’est la raison pour laquelle, le NO doit être administré en aval de
l’humidificateur quand celui-ci est présent.
Il existe deux modalités différentes d’administration après le ventilateur :
l’administration continue, à l’aide d’un débitmètre à azote calibré, connecté directement
à la sortie de la bouteille-réservoir et l’administration séquentielle, limitée à la phase
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inspiratoire et nécessitant un appareillage spécial avec système de reconnaissance de la
phase inspiratoire. Ces deux systèmes ne sont pas équivalents : seule l’administration
séquentielle couplée à la ventilation contrôlée à débit inspiratoire constant assure des
concentrations inspiratoires stables de NO [3, 10]. L’administration continue, bien que
d’utilisation simple et moins onéreuse, ne permet pas un mélange homogène du NO dans
Ventilation contrôlée
en volume
Flow
pre
T1 = 1 s
T1 = 2 s
Ventilation contrôlée
en pression
T1 = 1 s
T1 = 2 s
40
20
[NO] (ppm)
0
40
ii 20
0
40
iy 20
0
150
ci 100
50
0
150
cy 100
50
0
Temps
Temps
Temps
Temps
Figure 1 : Concentrations de NO mesurées sur un modèle de poumon test avec différents
systèmes d’administration en ventilation à volume et à pression contrôlés. La figure
représente les concentrations mesurées au niveau de la partie moyenne de la trachée en
ventilation à volume contrôlé (à gauche) et en pression contrôlée (à droite). L’objectif de
concentration était de 20 ppm. Les lignes épaisses représentent les concentrations
mesurées avec un appareil à chemiluminescence à réponse rapide alors que les lignes
fines représentent les concentrations mesurées avec un appareil à réponse lente. Le modèle
simule une absorption pulmonaire de 100 %. Différents modes d’administration étaient
testés :
- «pre» = administration avant le respirateur ;
- «ii» = administration séquentielle dans la branche inspiratoire ;
- «iy» = administration séquentielle dans la pièce en Y ;
- «ci» = administration continue dans la branche inspiratoire ;
- «cy» = administration continue dans la pièce en Y [3].
373
374 MAPAR 1998
le gaz inspiré [10]. Ces différences ont été bien mises en évidence par Imanaka et al.
Comme illustré sur la figure 1, ces auteurs ont mesuré des pics de concentration en NO
dix fois supérieurs à la concentration désirée en utilisant un mode d’administration
continue. A l’inverse, en utilisant une administration séquentielle, les concentrations
mesurées étaient très proches des concentrations désirées.
2.1. ADMINISTRATION CONTINUE
2.1.1. PRINCIPE
L’administration continue consiste à délivrer un débit continu de NO régulé par un
débitmètre à azote dans une tubulure en Téflon connectant la bouteille réservoir à la
partie initiale du circuit inspiratoire du ventilateur. Le débit continu de NO est supposé
constant, se situant entre 200 mL/min-1 et 2 L/min-1 et la concentration de la bouteille
peut être de 225 ou 450 ppm (recommandation de l’ATU). Du fait de sa simplicité et de
son caractère peu onéreux, ce type d’administration prédomine largement en France. Les
utilisateurs de ce système font l’hypothèse que le NO est mélangé de manière homogène
avec les gaz inspirés provenant du respirateur et appliquent la formule suivante pour
calculer la concentration inspiratoire de NO :
[NOinsp] = VNO . V-1 . [NObout ]
- où [NOinsp] = concentration inspiratoire de NO,
- V = ventilation minute provenant du ventilateur,
- VNO = débit de NO délivré à partir de la bouteille et
- NObout = concentration de la bouteille.
Au lit du malade, la concentration souhaitée est obtenue en réglant le débit de NO en
fonction de la ventilation minute du patient et de la concentration de la bouteille. La
plupart des équipes font confiance au calcul pour la détermination de la concentration
inspiratoire de NO. Si l’on mesure par chimiluminescence ou électrochimie les
concentrations réellement délivrées dans le circuit inspiratoire au cours de l’administration
continue, on constate que les concentrations mesurées diffèrent fortement des
concentrations prédites par le calcul [10].
2.1.2. MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALE DE «L’EFFET BOLUS»
L’administration continue en ventilation contrôlée volumétrique à débit inspiratoire
constant équivaut à mélanger un débit continu de NO avec un débit gazeux discontinu
provenant du ventilateur. Pendant l’inspiration, le mélange NO, oxygène et azote se fait
d’une manière homogène (mélange de deux débits constants). Pendant l’expiration, le
débit provenant du respirateur cesse dans la branche inspiratoire alors que le débit continu
de NO persiste. Il en résulte une accumulation de NO dans la partie initiale du tuyau
inspiratoire. Lors du volume courant suivant, ce «bolus» est propulsé vers les voies
aériennes supérieures sans pouvoir se mélanger de manière homogène dans le volume
courant (VT). Le volume et la concentration du «bolus» de NO dépendent du débit de
NO administré, du temps expiratoire et de la concentration de la bouteille [10].
Il est facile de mettre en évidence ce phénomène en échantillonnant le gaz contenu
dans le circuit inspiratoire au niveau de différents sites se situant à des multiples du
volume courant administré. Comme le montre la figure 2, les concentrations de NO
mesurées aux sites d’échantillonnage correspondant à 1 et 2 VT, sont plus élevées que les
concentrations de NO mesurées aux sites d’échantillonnage correspondant à 0,5 et 1,5
VT. L’explication est la suivante : pendant la phase expiratoire qui dure 2 secondes,
Questions pour un champion en réanimation
Poumon test
VT = 600 ml
F = 20 min-1
Ti/Ttot = 30 %
V
10 ppm
Sonde d’intubation
A
95 cm
0,5 VT
(300 ml)
190 cm
1 VT
(600 ml)
285 cm
1,5 VT
(900 ml)
380 cm
2 VT
(1200 ml)
510 cm
Soufflet
A : 22,5 ppm ; Débit = 1.800 mL.min-1
[NO]
5 ppm
0 ppm
20 s
Débit resp.
B
10 ppm
B : 900 ppm ; Débit = 36 mL.min-1
5 ppm
0 ppm
[NO]
20 s
Débit resp.
Figure 2 : Mise en évidence expérimentale de l’effet «bolus» au cours de l’administration
continue en aval du ventilateur. Le NO est administré en mode continue dans un modèle
de poumon-test. La branche inspiratoire du ventilateur est constituée par un tube de
4,75 m de long avec différents sites permettant d’échantillonner le gaz à des points qui
correspondent à 0,5 (site 1), 1 (site 2), 1,5 (site 3) et 2 (site 4) volumes courants. Sur la
figure supérieure (A) sont représentées les concentrations de NO enregistrées au niveau
des 4 sites d’échantillonnage du tuyau inspiratoire, au niveau trachéal et au niveau du
soufflet du poumon-test au cours d’une l’administration continue à partir d’une bouteille
réservoir de 22,5 ppm. Les concentrations enregistrées aux sites correspondant à 1 et à
2 volumes courants sont plus élevés que celles enregistrées aux sites correspondant à 0,5
et 1,5 volumes courants : ceci confirme l’existence d’un «bolus» de NO, se déplaçant en
avant de chaque volume courant. Sur la figure du bas (B) sont représentés les
concentrations de NO enregistrées au niveau des 4 sites d’échantillonnage du circuit
inspiratoire, au niveau trachéal et au niveau du soufflet du poumon-test au cours d’une
administration en continue à partir d’une bouteille réservoir de 900 ppm. L’effet «bolus»
est moins prononcé que lorsqu’on utilise une bouteille de 22,5 ppm. Il n’y a plus de bolus
décelable au site d’échantillonnage correspondant à 2 volumes courants, suggérant que
le NO s’est mélangé de manière homogène dans le gaz inspiré [10].
l’appareil à chimiluminescence mesure au niveau des sites «1» et «2» VT des
concentrations de NO qui se rapprochent du «bolus» se trouvant «devant» le volume
courant. Aux sites «0,5» et «1,5» VT, l’appareil à chimiluminescence mesure des
concentrations qui se rapprochent des concentrations inspiratoires prédites par le calcul
375
376 MAPAR 1998
car le gaz échantillonné est éloigné du bolus. Avec la distance, le phénomène tend à
s’atténuer, car le «bolus» de NO se dilue progressivement dans le gaz inspiré. Ce
phénomène d’atténuation survient d’autant plus rapidement que l’on utilise des bouteilles
plus concentrées : dans ce cas, le volume du «bolus» devient très petit du fait du moindre
débit de NO administré et sa dilution dans le gaz inspiré se fait plus rapidement.
2.1.3. DISTRIBUTION DES CONCENTRATIONS DE NO
Comme le montre la figure 3, la concentration de NO fluctue dans la branche
inspiratoire du ventilateur au cours de l’administration continue. Cette fluctuation, qui
n’est détectable qu’avec un appareil à chimiluminescence à réponse rapide, résulte du
passage du « bolus » au niveau du site où est échantillonné le gaz inspiré. En fait, même
ces appareils sous estiment les variations rapides de concentrations en NO obtenus lors
de l’administration continue.
Modèle de poumon
Branche inspiratoire
Trachée
B
A
Patient
Branche inspiratoire
C
D
Trachée
10 ppm [NO]
0 ppm
exp CO2
débit resp.
Figure 3 : Enregistrement des concentrations de NO au niveau de la branche inspiratoire
et de la trachée dans un modèle de poumon-test et chez un patient en ventilation artificielle
pendant l’administration continue.
A représente les variations de la concentration de NO dans le circuit inspiratoire du
poumon-test ; B montre les variations de concentration de NO au niveau de la trachée
du poumon-test ; C montre les variations de concentration de NO dans la branche
inspiratoire chez le patient ventilé ; D montre les variations de concentration de NO au
niveau de la trachée du patient ventilé. Dans A et B, l’enregistrement inférieur représente
le débit provenant du respirateur. Dans C et D, l’enregistrement du milieu représente les
variations du CO2 expiré et l’enregistrement inférieur le débit délivré par le respirateur.
Les concentrations de NO sont mesurées par un appareil à chimiluminescence à réponse
rapide (NOX 4000 Sérès, Aix-en-Provence, France). Le temps de transit du gaz du site
d’échantillonnage vers l’appareil est de 2,4 secondes. Par conséquent, les débuts de
l’inspiration et de l’expiration sur les courbes de NO (flèches) sont décalés de 2,4 secondes
par rapport au signal de débit [10].
Questions pour un champion en réanimation
Si le bolus de NO est petit et se déplace à grande vitesse, un appareil à chemiluminescence avec un temps de réponse compris entre 0,5 à 1,5 s, ne permettra pas de mesurer
fiablement les pics de concentrations de NO. Cela a été bien démontré par Stenqvist et al
en utilisant le CO2 comme marqueur et un appareil de capnographie infrarouge à réponse
rapide comme appareil de mesure [11]. Si l’on mesure cette fluctuation en différents
endroits du circuit inspiratoire, la phase et le pic de concentration du «bolus» changent
car influencés par la mixique progressive du «bolus» dans le gaz inspiré et dépendant de
la position qu’occupe le site d’échantillonnage par rapport à la position du «bolus» en fin
d’inspiration. Ces phénomènes insolites au niveau du circuit inspiratoire - fluctuation des
concentrations inspirées, phase différente d’un endroit à l’autre du circuit inspiratoire,
pic de concentration variable, - sont observés aussi bien sur poumon-test que chez le
patient ventilé. Dans la trachée, la fluctuation des concentrations de NO persiste sur
poumon-test et chez le patient ventilé.
Dans le modèle de poumon-test, la fluctuation trachéale des concentrations de NO est
liée à la persistance de l’effet «bolus». Chez le patient, elle est liée aussi à l’absorption
pulmonaire du NO, ce qui explique que le pic de concentration soit plus bas dans la
trachée que dans le circuit inspiratoire.
Du fait de l’effet «bolus», il existe dans le circuit inspiratoire des pics de concentrations
de NO qui peuvent générer des concentrations élevées de NO2. Il est très vraisemblable
que pour une même concentration intra-trachéale moyenne de NO, l’administration
continue génère des concentrations de NO2 plus élevées que l’administration séquentielle
où les concentrations inspiratoires de NO sont stables, sans fluctuations liées à l’effet
«bolus».
Comme le montre la figure 4, l’utilisation de la formule classique ne permet pas de
prédire avec précision la concentration inspirée de NO administrée au patient. Le calcul
à tendance à sous-estimer la concentration inspirée délivrée au patient, favorisant ainsi
les risques de surdosage. En dépit de l’imprédictabilité de la dose reçue par le patient,
l’administration continue peut être utilisée si l’on dispose d’un appareil à
chimiluminescence à réponse rapide. Il est alors possible de mesurer dans la trachée les
concentrations réelles de NO délivrées au patient pendant la phase inspiratoire [12]. Si
l’on utilise un appareil à chimiluminescence à réponse lente, la seule concentration intratrachéale qui peut être mesurée est la concentration moyenne : elle sous-estimera d’environ
50 % la concentration inspirée de NO réellement délivrée au patient.
2.2. ADMINISTRATION SEQUENTIELLE
2.2.1. PRINCIPES
L’objectif de l’administration séquentielle est de limiter l’administration du NO à la
phase inspiratoire de manière à éviter l’effet «bolus». Pour obtenir des concentrations de
NO stables et reproductibles dans le circuit inspiratoire, il faut que les débits gazeux
provenant du ventilateur et de la bouteille de NO aient une forme identique pendant
l’inspiration. Il en résulte un mélange homogène du NO dans le gaz inspiré au niveau du
circuit inspiratoire.
Comme le montre la figure 5, aussi bien sur poumon-test que chez le patient ventilé,
les concentrations mesurées dans le circuit inspiratoire sont stables et ne fluctuent pas
lors de l’administration séquentielle. Au niveau de la trachée, la concentration de NO
377
NO insp Trach - Insp NO cal (ppm)
378 MAPAR 1998
Erreur = 1,4 ppm Précision = ± 2 ppm
4
2
0
-2
n-33
0
2
4
6
8
10
NP insp Trach (ppm)
Figure 4 : Rélations entre les concentrations inspiratoires trachéales mesurées et calculées
de NO pendant l’administration continue. Les concentrations inspiratoires trachéales de
NO mesurées par appareil à chimiluminescence à réponse rapide sont figurées en abscisse.
La différence entre les concentrations inspiratoires trachéales mesurées et calculées par
la formule habituelle est représentée en ordonnée. La ligne en trait plein représente l’erreur
moyenne. Les lignes pointillées représentent la précision ( ± 2 écart-type). Les
concentrations inspiratoires trachéales de NO calculées sous-estiment les concentrations
inspiratoires trachéales réellement délivrées au patient. «La formule ne marche pas»
[10].
reste constante dans le modèle de poumon-test alors qu’elle fluctue chez le patient. Cette
fluctuation est liée à l’absorption pulmonaire [13].
2.2.2. L’OPTI-NO : AVANTAGES ET INCONVENIENTS
L’Opti-NO (Taema, Anthony, France) est un appareil conçu pour l’administration
séquentielle en aval du respirateur [10, 13]. Il comporte un circuit de détection de
l’insufflation et un circuit d’administration du NO. Le système de détection de l’insufflation
reconnaît l’élévation de pression dans le circuit inspiratoire et ouvre la valve solénoïde
commandant l’administration de NO qui se fait dans la partie initiale du circuit inspiratoire,
en aval de l’humidificateur chauffant. Le débit délivré est constant tout au long de la
phase inspiratoire. Chez un patient en ventilation contrôlée recevant un débit inspiratoire
constant, l’Opti-NO délivre des concentrations stables, reproductibles et prévisibles par
le calcul.
Comme le montre la figure 6, les concentrations inspirées mesurées sont bien corrélées
aux concentrations calculées. La formule s’applique ici avec exactitude car on mélange
deux gaz, le NO et l’oxygène, à des débits constants pendant la même période de temps.
Par ailleurs, l’utilisation de l’Opti-NO permet de réduire par un facteur deux la quantité
de NO administré au patient pour la même concentration de NO obtenue.
Si l’on passe à un mode d’assistance ventilatoire partielle comme l’aide inspiratoire,
l’Opti-NO ne permet plus de délivrer des concentrations stables et prévisibles dans la
branche inspiratoire du circuit [10]. Comme le montre la figure 7, la concentration de
Questions pour un champion en réanimation
NO fluctue avec le volume courant pour un même niveau d’aide inspiratoire. L’Opti-NO
ne permet ni d’administrer un débit décélérant de NO, ni de moduler le débit de NO en
fonction des variations du débit inspiré.
Il n’est donc adapté qu’à des malades en ventilation contrôlée à débit inspiratoire
constant. Si au cours d’une telle ventilation on change les paramètres ventilatoires ventilation minute, rapport I/E -, ou la concentration de la bouteille de NO, les réglages
de l’Opti-NO doivent être modifiés pour conserver la même concentration inspirée de
NO : des abaques basées sur la formule précédemment citée, permettent de régler la
pression d’alimentation de l’Opti-NO pour atteindre la concentration inspirée souhaitée.
Modèle de poumon
Patient
Branche inspiratoire
Trachée
Branche inspiratoire Trachée
A
B
D
C
5 ppm
0 ppm
exp CO2
2 s débit resp.
Figure 5 : Concentrations de NO mesurées dans le circuit inspiratoire et dans la sonde
endotrachéale dans un modèle de poumon-test et chez un patient en ventilation artificielle
pendant l’administration séquentielle.
A représente la concentration de NO mesurée dans la branche inspiratoire du poumontest ; B représente la concentration de NO mesurée dans la sonde endotrachéale du poumontest ; C montre la concentration de NO mesurée dans le circuit inspiratoire du ventilateur
chez le patient ; D montre la concentration de NO mesurée dans la sonde endotrachéale
du patient ventilé. Pour A et B, l’enregistrement inférieur représente le débit provenant du
ventilateur. Pour C et D, outre l’enregistrement du débit du respirateur, figure
l’enregistrement du CO2 expiré. Les concentrations de NO sont mesurées par un appareil
à chimiluminescence à réponse rapide (NOX 4000, Sérès, Aix-en-Provence, France). Le
temps de transit du NO entre le site d’échantillonnage et l’appareil est de 2,4 secondes.
Par conséquent, les débuts de l’inspiration et de l’expiration sur la courbe de NO (flèches)
sont décalés de 2,4 secondes par rapport au signal de débit respiratoire [10].
Le système d’administration séquentielle idéal sera un système où le débit de NO
délivré adaptera automatiquement sa forme et ses variations à celles du débit inspiré
provenant du ventilateur. Un tel système permettra, quel que soit le mode ventilatoire, les
variations spontanées du volume courant ou la forme du débit inspiratoire, de conserver
constante la concentration inspirée de NO. Il représentera une réelle alternative aux
379
380 MAPAR 1998
systèmes d’administration en amont du ventilateur en terme de sécurité d’administration,
et aura l’avantage de ne pas générer des concentrations élevées de NO2 et de ne pas
obliger à intercaler sur le circuit inspiratoire un bac à chaux sodée.
Erreur = 0,6 ppm Précision = ± 0,7 ppm
NO mes - NO calc (ppm)
2
0
-2
-4
n = 33
-6
0
1
2
3
4
5
6
NO Insp Trach mes (ppm)
Figure 6 : Relations entre les concentrations inspiratoires trachéales de NO mesurées et
calculées au cours de l’administration séquentielle.
En abscisse est représentée la concentration inspiratoire trachéale de NO mesurée par
l’appareil à chimiluminescence à réponse rapide. En ordonnée est représentée la différence
entre la concentration inspiratoire trachéale de NO mesurée et la concentration calculée.
La ligne horizontale en trait plein représente l’erreur moyenne et les 2 lignes horizontales
en pointillés la précision (± 2 écart-type). La concentration intra-trachéale inspiratoire
calculée est très proche des concentrations inspiratoires trachéales mesurées. «La formule
marche» [10].
3. FACTEURS INFLUENCANT L’ABSORPTION DU NO
3.1. DONNEES EXPERIMENTALES
Le coefficient de diffusion du NO à travers la membrane alvéolo-capillaire est 3 à 5
fois plus élevé que celui du monoxyde de carbone [14]. Par conséquent, la capacité
pulmonaire de diffusion du NO dépend de la surface alvéolaire atteinte par le gaz lors de
l’inhalation. Paradoxalement, des données expérimentales ont montré que l’absorption
pulmonaire du NO sur poumon isolé et perfusé au ringer lactate, était d’environ 10 %
chez des animaux à poumons sains [15]. Cette faible absorption pulmonaire, alors même
que le coefficient de diffusion du NO à travers la membrane alvéolo-capillaire est élevé,
est liée à la très basse solubilité du NO dans l’eau. Lorsqu’on utilise un modèle
expérimental de poumon isolé mais perfusé au sang, plus de 90 % du NO inhalé est
absorbé [16]. La différence entre les deux modèles expérimentaux réside dans la présence
d’hémoglobine circulante dans le poumon perfusé au sang. Du fait de l’affinité très élevée
du NO pour l’hème de l’hémoglobine, le sang joue alors le rôle d’épurateur de NO lorsque
celui-ci a franchi la membrane alvéolo-capillaire. A partir de ses données expérimentales,
et sur un plan théorique, on peut donc estimer que les facteurs qui influencent l’absorption
pulmonaire du NO sont :
- la surface d’échange alvéolaire,
- la perfusion de cette surface d’échange,
- la quantité d’hémoglobine circulante.
Questions pour un champion en réanimation
10 cm H2O
Pression des voies aériennes
0 cm H2O
5 ppm
[NO]
0 ml
Volume courant
800 ml
0 ppm
20 L.min-1
Débit respiratoire
0 L.min-1
Figure 7 : Variation des concentrations de NO mesurées dans le circuit inspiratoire chez
un volontaire sain en aide inspiratoire recevant du NO par la méthode séquentielle. Le
sujet est connecté au respirateur par un masque facial et le NO est administré dans le
circuit inspiratoire par l’Opti-NO (Taema, France). Les réglages de l’Opti-NO sont les
mêmes que ceux qui permettent d’obtenir une concentration de 3 ppm au niveau du soufflet
du poumon-test. Le niveau d’aide appliqué est de 10 cm H2O. Les concentrations de NO
dans la branche inspiratoire du circuit sont mesurées par un appareil à chimiluminescence
à réponse rapide (NOX 4000, Sérès, Aix-en-Provence). L’échelle de temps est figurée sur
la ligne supérieure, chaque intervalle représentant une seconde. De haut en bas, les
différents enregistrements représentent : la pression dans les voies aériennes supérieures,
la concentration de NO dans le circuit inspiratoire, le volume courant expiré et le débit
respiratoire. Alors que le niveau d’aide inspiratoire est maintenu constant et que les
réglages de l’Opti-NO restent inchangés, le sujet varie volontairement son volume courant.
On observe une variation simultanée de la concentration inspiratoire de NO. Toute baisse
du volume courant ou toute augmentation du temps inspiratoire est associée à une
augmentation significative de la concentration inspirée de NO. En aide inspiratoire l’OptiNO ne permet pas de délivrer des concentrations inspiratoires stables [10].
3.2. DONNEES CLINIQUES
Lorsque l’on utilise un système d’administration séquentielle type Opti-NO en
ventilation contrôlée à débit inspiratoire constant, les concentrations inspiratoires de NO
sont stables alors que les concentrations trachéales fluctuent (figure 5). Cette fluctuation,
qui n’est pas observée sur poumon-test, reflète l’absorption pulmonaire. Dans une étude
récente réalisée chez 11 patients ayant un SDRA sévère [13], il a été montré que le
pourcentage de fluctuation de la concentration trachéale de NO - c’est-à-dire la différence
entre la concentration inspirée de NO et la concentration expirée divisée par la
concentration inspirée - était inversement proportionnel à l’espace mort alvéolaire et
directement proportionnel au pourcentage de parenchyme pulmonaire aéré (figures 8
et 9).
381
Fluctuation de Trach-NO (%)
382 MAPAR 1998
70
60
50
40
30
y = 0,72x + 82
r = 0,8 ; p= 0,004
10
20
30
40
50
Espace mort alvéolaire (%)
Figure 8 : Corrélations entre l’espace mort alvéolaire et le pourcentage de fluctuation
de la concentration trachéale de NO (trach-NO) pendant l’administration de 6 ppm de
NO des patients ayant un SDRA. Il existe une corrélation significative entre les 2 grandeurs
suggérant que l’absorption pulmonaire de NO diminue avec la réduction du volume
pulmonaire aéré [13].
La fluctuation des concentrations intra-trachéales de NO, reflet de l’absorption
pulmonaire peut-être mesurée par chimiluminescence à réponse rapide type NOX 4000
(Sérès, Aix-en-Provence). C’est à la fois un indice d’extension de la maladie alvéolaire et
un reflet de la sévérité de l’hypoperfusion pulmonaire [13]. En fait, seule la partie perfusée
de la zone alvéolaire ventilée participe à l’absorption pulmonaire du NO.
Le monitorage continu du gradient intra-trachéal de concentration apparaît donc comme
un moyen d’apprécier l’étendue des lésions alvéolaires et la sévérité de l’hypoperfusion
pulmonaire initiale. Il permet en outre, chez un patient donné, de suivre l’évolution au
cours du temps : il s’agit d’un véritable «marqueur» de la fonction pulmonaire au cours
du SDRA [13].
4. MONITORAGE
4.1. EST-IL INDISPENSABLE ?
Le NO est un gaz potentiellement toxique. Chez l’homme, la concentration plateau
permettant d’obtenir l’effet maximum sur la circulation pulmonaire et l’oxygénation
artérielle dépasse rarement 5 ppm [12, 17-20]. Chez l’adulte, les courbes dose-réponse
ont montré que dans 90 % des cas, l’effet maximum est obtenu pour une concentration
inspirée de NO située entre 3 et 5 ppm. Au delà de 10 ppm et en O2 pur, les concentrations
de NO2 atteignent les seuils toxiques [12]. Pour des raisons de sécurité, il faut utiliser un
système séquentiel type Opti-NO ou Pulmonox ou une administration en amont du
ventilateur [13, 21]. Tant que ces systèmes fonctionnent, les risques de surdosage sont
faibles. En cas de dysfonctionnement, il faut pouvoir détecter une élévation des
concentrations inspirées de NO et de NO2. Le monitorage continu apparaît donc comme
l’indispensable complément d’un système d’administration fiable. A une époque ou la
Questions pour un champion en réanimation
FIO2 est monitorée sur la majorité des ventilateurs de réanimation, la «négligence» à
l’égard du monitorage du NO apparaît comme une attitude potentiellement dangereuse.
Fluctuation de Trach-NO (%)
70
60
50
40
y = 0,37x + 36
r = 0,7 ; p = 0,005
30
20
35
50
65
80
Volume pulmonaire normalement aéré (%)
Figure 9 : Corrélations entre le volume de parenchyme pulmonaire normalement aéré,
exprimé en pourcentage du volume pulmonaire total, et le pourcentage de fluctuation de
la concentration trachéale de NO (trach-NO) pendant l’administration de 6 ppm de NO
à des patients ayant un SDRA. Il existe une corrélation inverse entre les 2 grandeurs
suggérant que l’absorption pulmonaire de NO diminue avec l’augmentation de l’espace
mort alvéolaire [13].
4.2. QUELS APPAREILS ?
4.2.1. LES SYSTEMES A REPONSE LENTE
Les systèmes de monitorage à temps de réponse lent, supérieur à 10 secondes, ne
permettent pas de monitorer les fluctuations de la concentration intra-trachéale de
NO [3, 12]. L’électrochimie et les appareils à chimiluminescence de première génération
(ECOPHYSIC, NOX 2000, COSMA) sont des moniteurs à réponse lente. Ils ne peuvent
donc pas être utilisés pour monitorer les concentrations intra-trachéales et la fluctuation
de concentration résultant de l’absorption pulmonaire de NO. Par contre, ils peuvent être
utilisés lors de l’administration séquentielle pour monitorer la concentration de NO dans
la branche inspiratoire du circuit [10]. En cas d’administration continue, ils ne permettent
pas de mesurer les fluctuations de concentrations dans le circuit inspiratoire ou au niveau
de la trachée et ne sont donc guère utiles.
L’électrochimie est nettement moins onéreuse que la chimiluminescence. Au prix de
calibrations régulières, sa précision est bonne, au dessus de 1 ppm [22].
4.2.2. LES SYSTEMES A REPONSE RAPIDE
Seuls les appareils à chimiluminescence de deuxième génération, spécifiquement
conçus pour l’usage médical, ont un temps de réponse suffisamment rapide pour permettre
383
384 MAPAR 1998
une mesure des concentrations intra-trachéales inspirées et expirées de NO [10, 13]. En
fait, il faut différencier le temps de réponse de l’appareil du temps de transit entre le site
d’échantillonnage et la chambre de mesure de l’appareil. Le NOX 4000 (Séres, Aix-enProvence) a un temps de réponse de 750 ms. Pour un débit d’aspiration de 60 l/h, le
temps de transit est de 2,4 secondes. Comme le montre la figure 5, le signal de NO est
décalé de 2,4 sec par rapport au signal de débit. Le prix des appareils de chimiluminescence
a réponse rapide n’est pas supérieur à celui des appareils de première génération et se
situe aux alentours de 100 000 FF. Ils permettent aujourd’hui de disposer d’un monitorage
permanent de la fluctuation de la concentration trachéale de NO et d’avoir ainsi accès à
un nouvel indice de «fonction pulmonaire» au cours de l’évolution du SDRA [10, 13].
CONCLUSION
En 1998, le NO doit être administré de telle façon que les concentrations obtenues
dans le circuit inspiratoire soient stables et prévisibles. Pour cela, il faut délivrer le NO
en amont du ventilateur ou directement au niveau du circuit inspiratoire séquentiellement
avec la phase inspiratoire. Dans le premier cas, la concentration de NO sera stable quel
que soit le mode de ventilation, alors que dans le deuxième cas, toute modification du
mode ventilatoire imposera une modification similaire du débit d’administration de NO
pour maintenir stable la concentration de NO. Dans un futur proche, nous disposerons de
systèmes totalement asservis qui permettront un couplage parfait entre la valve régulant
l’administration du NO et la valve inspiratoire du respirateur. L’administration séquentielle
sera alors aussi performante que l’administration en amont du respirateur. Dans les deux
modes d’administration, les concentrations de NO fluctuent lorsqu’elles sont mesurées
dans la trachée alors qu’elles sont stables dans la branche inspiratoire. Cette fluctuation
est due à l’absorption du NO par le parenchyme pulmonaire. Elle est corrélée au volume
de parenchyme pulmonaire aéré et inversement corrélée à l’espace mort alvéolaire. Le
pourcentage de fluctuation est un index des anomalies, des rapports ventilation/perfusion
qui peut être monitoré en continu chez un patient recevant du NO inhalé.
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