Thérapie à haut débit et humidification

Thérapie à haut débit et humidification :
Synthèse des mécanismes d’action,
de technologie et de recherche
Docteur Thomas Miller,
Directeur, Recherche clinique et enseignement
Vapotherm, Inc.
Professeur adjoint en pédiatrie
École de médecine Jefferson

INTRODUCTION
Vapotherm, Inc. est le leader du secteur des systèmes
d’humidification à haut débit et à commande thermique
utilisés dans la thérapie respiratoire. Ces appareils médicaux
sont actuellement utilisés pour insuffler de l’humidité chaude
dans les gaz respiratoires aux nourrissons, enfants et adultes
dans le cadre hospitalier, dans des centres de soins intensifs
et à domicile. Les appareils Vapotherm sont approuvés
pour la délivrance de gaz respiratoires à l’aide d’une
canule nasale à un débit pouvant atteindre 8 l /m pour les
nourrissons et 40 l/m pour les adultes, offrant ainsi une
solution de thérapie à haut débit (HFT).
QU’EST CE QUE LA THÉRAPIE À HAUT
DÉBIT (HFT) ?
L’HFT est définie par des débits supérieurs aux débits
inspiratoires du patient à divers volumes minute.
Traditionnellement, la thérapie à haut débit est utilisée
avec des masques faciaux dans lesquels les hauts débits
remplissent le volume du masque afin de simplifier
les fractions importantes d’oxygène inspiré. Bien qu’elle
prenne efficacement en charge l’oxygénation, la thérapie
au masque peut être limitée par des facteurs comme
l’incapacité à manger/boire et à communiquer mais
également par une sensation de claustrophobie qui peut
gêner le patient.
La canule nasale standard représente le premier pas vers
un meilleur confort pour le patient. Les canules délivrent
plus d’oxygène, sont confortables sur le long terme et
permettent aux patients de manger et de parler sans
interrompre le traitement. Les débits supérieurs (plus
de 2 l/m en néonatalogie ou de 6 l/m pour les adultes)
nécessaires pour répondre à des besoins inspiratoires
sans entrée d’air ambiant ne sont pas possibles dans la
thérapie avec une canule nasale conventionnelle. Cette
limite de la thérapie avec une canule conventionnelle
est la conséquence de la gêne et de l’irritation dues à la
délivrance de gaz froid et sec dans les voies nasales1,2. La
technologie de Vapotherm a transformé la thérapie avec
canule conventionnelle via un meilleur conditionnement
du gaz respiratoire. La technologie de chauffage et
d’humidification propriétaire permet de délivrer les gaz
respiratoires à des hauts débits tout en maintenant la
température du corps et une humidité relative pouvant
atteindre 99,9 %3.
PHYSIOLOGIE RESPIRATOIRE ET
VENTILATION ALVÉOLAIRE
Pour mieux comprendre les mécanismes sous-
jacents de l’HFT, il est utile de revoir certains principes
fondamentaux de la physiologie respiratoire. Dans des
conditions respiratoires normales, environ 30 % du volume
courant inspiré représente l’espace mort anatomique.
Au début d’une inspiration, cet espace mort est rempli
par le gaz expiré restant de l’expiration précédente.
Bien que cet espace mort anatomique est essentiel pour
1) le réchauffement et l’humidification du gaz inspiré, et
2) la délivrance du gaz vers le thorax et sa dispersion vers
le volume pulmonaire, la part de l’espace mort (gaz expiré
restant) dans une nouvelle respiration n’affecte pas la
capacité respiratoire.
Canules nasales Vapotherm
Sinus frontal
Cornet
Sinus sphénoïdal
Partie nasale
du pharynx
Narine interne
Narine externe
Cornet moyen
Cornet
inférieur
NEZ ET CAVITÉS NASALES
La structure de la cavité nasale est
conçue pour optimiser la surface de
conditionnement du gaz inspiré
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Voies respiratoires supérieures
Voies respiratoires inférieures
Partie nasale du pharynx
Bronche souche
Poumons
Trachée
Pharynx
Larynx
Bronche
intralobulaire
Chez une personne en bonne santé, les concentrations d’oxygène alvéolaire sont inférieures à l’air ambiant
et les concentrations de dioxyde de carbone alvéolaire sont supérieures à l’air ambiant. Cette différence
entre le gaz ambiant et alvéolaire dépend de la ventilation alvéolaire et de la teneur en gaz dans le sang. La
ventilation alvéolaire est différente de la ventilation minute plus connue en fonction de l’espace mort.
En fonction de la relation entre les facteurs de la ventilation, une réduction du volume de l’espace mort
entraîne une ventilation minute inférieure nécessaire pour obtenir une ventilation alvéolaire appropriée.
Le volume de l’espace mort affecte ainsi directement le volume courant et/ou le débit respiratoire, et donc
l’effort respiratoire, même chez des personnes en bonne santé. À cet égard, l’HFT peut à l’aide d’une canule
renforcer la capacité respiratoire en purgeant l’espace mort anatomique rhino-pharyngien et en aidant le
travail respiratoire. Un conditionnement idéal du gaz doit cependant et tout d’abord être obtenu.
IMPORTANCE DU RÉCHAUFFEMENT ET DE L’HUMIDIFICATION DU GAZ
Le tissu muqueux de l’espace rhino-pharyngien est conçu pour réchauffer et humidifier le gaz respiratoire
avant qu’il ne pénètre les voies respiratoires inférieures4. Ceci se fait de manière anatomique en obtenant
une surface d’interaction importante avec le gaz inspiré. Ainsi, l’exposition des tissus rhino-pharyngiens
à un débit de gaz supérieur à une ventilation minute normale, inférieur à la température du corps et au
point de saturation de la vapeur d’eau (inférieur à une humidité relative de 100 %) peut entraîner une
surcharge de ces tissus. Une telle surcharge des tissus rhino-pharyngiens entraîne un dysfonctionnement,
un assèchement et un endommagement significatifs de la muqueuse nasale5 – 8, qui peut éventuellement
être à l’origine d’une sepsie staphylococcique9. Même à faible débit, la thérapie avec canule nasale
conventionnelle n’est pas confortable et est à l’origine de nombreuses plaintes des patients, notamment
quant à l’assèchement du nez et de la bouche10.
SYSTÈME RESPIRATOIRE
Ventilation minute = volume courant x débit respiratoire
Ventilation alvéolaire = (volume courant – espace mort) x débit respiratoire
L’HFT peut, à l’aide
d’une canule, renforcer
la capacité respiratoire
en purgeant l’espace
mort anatomique rhino-
pharyngien et en aidant
le travail respiratoire.
Un conditionnement
idéal du gaz doit
cependant et tout
d’abord être obtenu.
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Le gaz respiratoire doit idéalement être chauffé à la
température du corps (37 ºC) et humidifié à une humidité
relative de 100 %11,12. L’humidification à la vapeur par
rapport à de l’eau en aérosol entraînera également moins
de problèmes des voies respiratoires et pulmonaires dus à
une perte de chaleur latente et au dépôt de gouttelettes
d’eau12. La technologie membranaire de Vapotherm facilite
le passage d’eau dans le gaz respiratoire en phase vapeur
et, comme illustré dans un essai de Waugh et Granger,
délivre des gaz respiratoires à la température du corps et à
une humidité relative de 99,9 % sur toute la plage de débit
indiquée jusqu’à 40 l/m3.
TECHNOLOGIE SOUS-JACENTE À UN
CONDITIONNEMENT OPTIMAL DU GAZ
Les appareils Vapotherm intègrent un système de cartouche
de transfert de vapeur breveté qui permet la diffusion des
vapeurs d’eau dans le gaz respiratoire tout en chauffant
les gaz à la température spécifiée (généralement 37 °C).
Ce système est fondamentalement différent des systèmes
d’humidificateurs à plaques chauffés conventionnels.
Les appareils Vapotherm utilisent également un tube
d’alimentation gainé à trois lumens et des canules nasales
propriétaires optimisés pour maintenir la température et
pour réduire la condensation (piégeage). Ces deux dernières
caractéristiques protègent l’état des gaz respiratoires afin
que le gaz parvienne au patient aux mêmes température et
état d’humidification que dans la cartouche à membrane.
Dans un essai croisé aléatoire, Woodhead et ses collègues
ont évalué l’impact de Vapotherm par rapport à l’HFT
conventionnelle sur la muqueuse nasale de prématurés après
détubage13. Trente nourrissons ont reçu Vapotherm ou l’HFT
conventionnelle pendant 24 heures et sont ensuite passés
à l’autre méthode (conventionnelle ou Vapotherm) pendant
une autre période de 24 heures. À l’aide d’un système de
résultats anonymes pour évaluer les irritations nasales, les
œdèmes, l’épaisseur de la muqueuse et les hémorragies de 2
à 10, les nourrissons sous Vapotherm ont révélé une tolérance
supérieure par rapport à une humidification traditionnelle
(2,7 ± 1,2 versus 7,8 ± 1,7 ; p < 0,001).
IMPACT DE L’HFT SUR LA RESPIRATION
La technologie Vapotherm permettant de délivrer les gaz
respiratoires au patient à la température et à la saturation
du corps, le haut débit n’est pas disponible via une canule
nasale. À cet égard, l’HFT est fiable en raison de nombreux
mécanismes physiologiques de base qui renforcent
l’efficacité respiratoire, quelle que soit la maladie.
VENTILATION DU CO2
En proposant des débits supérieurs aux demandes du
patient, l’HFT entraîne un lavage de l’espace mort rhino-
pharyngien. Comme toute réduction de l’espace mort
anatomique ou physiologique, cette thérapie contribue
à définir des fractions supérieures de gaz alvéolaires par
rapport au dioxyde de carbone et à l’oxygène
14. Ainsi, alors
qu’une thérapie avec canule nasale à faible débit n’a pour
unique but que de simplifier l’oxygénation, l’HFT affecte
également l’élimination du CO2.
OXYGÉNATION EFFICACE
Les principes de l’HFT avec une canule nasale sont les
mêmes que l’HFT avec un masque facial en ce qui concerne
les fractions élevées d’oxygène inspiré en éliminant l’entrée
d’air ambiant lors de l’inspiration. L’HFT avec une canule
nasale réduisant l’espace mort anatomique en utilisant
la partie nasale du pharynx comme réservoir de gaz,
elle permet d’améliorer les fractions d’oxygène alvéolaire
par rapport à la thérapie avec masque en fonction de
l’équation de la ventilation alvéolaire. Les patients peuvent
généralement maintenir une meilleure oxygénation ou
nécessiter moins de FiO2 par rapport aux thérapies avec
masque ou canule conventionnelles.
EFFORT RESPIRATOIRE
La nature flexible de la muqueuse nasale qui facilite l’état
du gaz physiologique entraîne également une résistance
significative sur les efforts inspiratoires par rapport aux
efforts expiratoires15. L’HFT offrant un débit suffisant pour
répondre ou dépasser le débit inspiratoire du patient, l’HFT
est plus susceptible de réduire la résistance inspiratoire
associée à la partie nasale du pharynx. Ce changement
de résistance entraîne un changement d’effort respiratoire
résistant.
La purge de l’espace mort de la cavité rhino-pharyngienne permet
d’optimiser la ventilation alvéolaire.
Eau
chaude
Eau chaude
Débit Retour
Gaz respiratoire
Gaz respiratoire
Coupe transversale
du tube
Vue de coupe
de la cartouche de
transfert de vapeur
Vapotherm, Inc.
Vue de coupe du tube
d’alimentation chauffé à trois
lumens Vapotherm, Inc.
Thérapie à haut débit et humidification : Synthèse des mécanismes d’action, de technologie et de recherche
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Un réchauffement et une humidification appropriés des
voies respiratoires en délivrant du gaz chaud et humide sont
associés à de meilleurs conductivité et confort pulmonaire
par rapport à un gaz sec et plus froid16. Fontanari et ses
collègues ont également démontré que, avec un gaz froid
et sec, les récepteurs de la muqueuse nasale envoient
une réponse bronchoconstrictrice protectrice chez des
patients normaux
17 et asthmatiques 18. La délivrance de gaz
respiratoires à la température et à la saturation du corps
offre une réponse mécanique respiratoire idéale.
COÛT ÉNERGÉTIQUE DU CONDITIONNEMENT DU GAZ
Les voies nasales augmentent l’énergie pour chauffer l’air
inspiré de la température ambiante à 37 °C et pour vaporiser
l’eau afin d’humidifier l’air entrant à une humidité relative
de 100 %4,19,20. Même si nombre des facteurs impliqués
dans ce processus ne sont pas clairs ou difficilement
définissables, nous pensons pouvoir affirmer que le coût
énergétique du processus de conditionnement du gaz est
important. Ce coût énergétique est réduit lorsque le gaz est
délivré à la température du corps et est saturé.
RELATION ENTRE DÉBIT
ET PRESSION
Il y a plus de quinze ans, le Docteur Locke et ses collègues
ont démontré, mêmes à de faibles débits, qu’une pression
positive des voies respiratoires peut malheureusement
être générée avec une canule nasale lorsque les pattes
sont plus grandes que les narines21. Les canules nasales
à faible débit ont en effet été largement utilisées dans
le réglage NICU de la génération CPAP en utilisant des
pattes relativement grandes (par rapport aux dimensions
internes de la narine) et une bouche fermée pour
produire une pression pharyngienne pouvant atteindre
8 cmH2O2. Ces recherches ont permis de prévoir la pression
de la partie nasale du pharynx avec une canule nasale à
haut débit.
Nombre d’essais en banc et cliniques permettent désormais
de savoir que le développement de la pression dans
la partie rhino-pharyngienne et les voies respiratoires
est dû à une fuite autour des pattes nasales et à la
position de la bouche22-24. À cet égard, lorsque l’HFT de
Vapotherm est appliquée tel que recommandé avec une
patte nasale inférieure de moitié au diamètre des narines
et que la bouche peut être librement ouverte et fermée,
la génération de la pression est optimale. Le Docteur
Saslow et ses collègues de Cooper University Hospital
(Camden, NJ, États-Unis) ont démontré que des pressions
flexibles générées par l’HFT pouvant atteindre 8 l/m pour les
nourrissons n’étaient pas supérieures à celles produites par
6 cmH2O de CPAP et, dans certains cas, sensiblement
inférieures (5 l/m ; p = 0,03) 25,26. Le Docteur Kubicka et ses
collègues ont démontré que chez 27 prématurés recevant
un débit jusqu’à 5 l/m par le biais d’une canule, la pression
orale n’a jamais été supérieure à 5 cmH2O23. Le Docteur
Wilkinson et ses collègues ont démontré que les pressions
rhino-pharyngiennes étaient relativement moyennes chez
les nourrissons avec l’HFT et qu’elles étaient prévisibles
lorsque les débits étaient adaptés au poids 24.
Les essais qui ont permis d’évaluer la thérapie à haut
débit dans le but de développer une pression flexible des
voies respiratoires avec la bouche fermée ont cependant
révélé le développement de pressions positives moyennes
uniquement 23,27. Les appareils Vapotherm ne sont pas
des appareils de pression positive continue des voies
respiratoires et ne sont pas conçus pour fournir une
pression définie. La technologie vise à fournir des débits
de gaz conditionné dans un système ouvert à l’aide d’une
canule nasale simple.
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