Principes de la ventilation mécanique Dr Guillaume Carteaux Réanimation médicale, Groupe de recherche CARMAS Hôpitaux universitaires Henri Mondor [email protected] Objectifs • Comprendre les principes physiologiques qui permettent de comprendre les principes de la ventilation mécanique Buts de la ventilation mécanique • Assurer une hématose adéquate • Prise en charge de l’effort respiratoire du patient – Prise en charge complète (ventilation contrôlée) – Prise en charge partielle (ventilation assistée) • … ne pas aggraver le patient VENTILATION NON INVASIVE VENTILATION INVASIVE Travail respiratoire Pmus = 0 VENTILATEUR MALADE Pvent = 0 VS VC Ventilation Assistée Contrôlée (VAC) Ventilation Pression Contrôlée (VPC) Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire (VSAI) Pression constante (CPAP) FiO2 Débit 𝑹 𝑪 Le modèle mono-compartimental Résistance R= ΔP V’ P1 P1 Va’ Vb ’ P2 P2 Compliance C= ΔV ΔP V Ca Ca Cb Cb CRF P Volume Système thoracopulmonaire Paroi thoracique CV CPT CRF Poumons 0 cm H2O VR Pression Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) VAC VAC P V t POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c’est délivrer un débit pendant un temps donné Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Temps ou Débit ou pression Débit constant Temps PEP Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) Déclenchement VAC VAC P V t Contrôle Temps ou Débit constant Débit ou pression POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c’est délivrer un débit pendant un temps donné Cyclage Niveau d’expiration Temps PEP Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) VAC VAC P V t POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c’est délivrer un débit pendant un temps donné Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Temps ou Débit ou pression Débit constant Temps PEP Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) VAC VAC P V t POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c’est délivrer un débit pendant un temps donné Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Temps ou Débit ou pression Débit constant Temps PEP Ventilation Assistée Contrôlée OBJECTIF: Délivrer le même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à une fréquence réglée (FR) VAC VAC P V t POUR UNE MACHINE: Délivrer un volume, c’est délivrer un débit pendant un temps donné Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Temps ou Débit ou pression Débit constant Temps PEP EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 VAC EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉 ′ Pression résistive 𝑡 VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 ∆𝑷 𝑹 = 𝑽′ VAC EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′ Pression résistive 𝑉𝑡 𝑡+ 𝐶 Pression élastique VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 ∆𝑷 𝑹 = 𝑽′ VAC ∆𝑽 𝑪= ∆𝑷 EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′ Pression résistive Pression élastique VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 ∆𝑷 𝑹 = 𝑽′ VAC ∆𝑽 𝑪= ∆𝑷 Paw INSPIRATION V’ 𝑉𝑡 𝑡+ 𝐶 EXPIRATION EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′ Pression résistive 𝑉𝑡 𝑡+ 𝐶 VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 Pression élastique VAC Pression résistive Paw INSPIRATION V’ ∆𝑽 𝑪= ∆𝑷 Pression élastique EXPIRATION Compliance = Vt / (Pplat – PEP) Résistances = (Ppic – Pplat) / Débit Hyperinflation dynamique 0 Mesure de la PEP intrinsèque = occlusion téléexpiratoire 0,8 Débit nul = pas de résistances 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 10 12 14 -0,2 -0,4 -0,6 Le débit ne revient pas à 0 = Auto-PEEP 60 Auto-PEEP 50 PEEP 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 RESUME C Pression de pic Pression de plateau Représente la somme des pressions résistive et élastique Pas de seuil dangereux Fonction d’alarme Pression qui règne à l’intérieur des alvéoles Dépend de la distensibilité du système, et de la P0 Doit rester ≤ 30 cmH20 Augmentation des sécrétions bronchiques Augmentation des résistances Pression Débit Augmentation isolée de la pression de pic Atélectasie • Augmentation de la pression élastique (diminution de la compliance) • Pas de modification de la pression résistive Pression Débit Les pressions de pic et de plateau augment autant Bronchospasme • Augmentation + + + des résistances • Hyperinflation dynamique, d’où augmentation de la pression de plateau: à la fois du fait de l’auto-PEP et du fait de la diminution de la compliance PHYSIOPATHOLOGIE DE L’ASTHME AIGU GRAVE (AAG) ET VENTILATION MÉCANIQUE (c) (b) Diminution de la compliance thoraco-pulmonaire Volume pulmonaire de fin d’expiration Volume courant Volume Augmentation majeure des résistances Volume pulmonaire (a) (d) Augmentation de la pression résistive Pression EXPIRATION INSUFFLATION CRF PEP intrinsèque Augmentation de la pression élastique PEP intrinsèque Paw Pause téléexpiratoire V’ Expiration incomplète EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑃𝑎𝑤 = 𝑃𝐸𝐸𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 + 𝐷é𝑏𝑖𝑡. 𝑅é𝑠𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 + Pression résistive 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑙𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 Pression élastique CRF EN NOIR: SUJET SAIN – EN ROUGE: ASTHME AIGU GRAVE a: Représentation mono-compartimentale du système respiratoire. L’AAG est caractérisé par une augmentation majeure des résistances des voies aériennes. b: Génération d’une hyper-inflation dynamique au cours de l’AAG (ventilé ou non). Du fait de l’augmentation des résistances des voies aériennes, l’inspiration (ou l’insufflation) se produit avant que le patient n’ai pu expirer l’ensemble du volume courant, générant un volume piégé (appelé volume pulmonaire de fin d’expiration, supérieur à la CRF) et donc une pression intraalvéolaire positive (appelée PEP intrinsèque ou auto-PEP) en fin d’expiration. c: Relation pression-volume du système respiratoire. L’existence d’une hyperinflation dynamique déplace le volume courant dans une zone de moindre compliance thoraco-pulmonaire. d: Courbes de débit (V’) et de pression des voies aériennes (Paw) en ventilation contrôlée. Au cours de l’AAG, l’hyper-inflation dynamique se repère par un débit expiratoire qui ne revient pas à zéro avant l’insufflation (expiration incomplète). La réalisation d’une pause télé-expiratoire permet la mesure de la PEP intrinsèque. L’augmentation des résistances et la diminution de la compliance du système respiratoire entraînent une augmentation des pressions résistive et élastique (cf équation de mouvement du système respiratoire). Ainsi, la PEP totale, la pression de plateau et la pression de pic peuvent augmenter considérablement au cours de l’AAG, entraînant des risques propres (effets hémodynamiques, barotraumatisme, atteinte des limites d’alarme du ventilateur). Alarme de Pmax Conduite à tenir? Alarme de Pmax Conduite à tenir? Alarme de Pmax Augmenter l’alarme de pression max pour que le volume courant soit délivré … et faire le diagnostic VENTILATEUR Réglages Outils d’exploration fonctionnelle EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑷𝒂𝒘𝒕+ 𝑷𝒎𝒖𝒔𝒕 = 𝑷𝟎 + 𝑹 × 𝑽′ 𝒕 + Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C) 𝑽𝒕 𝑪 VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 ∆𝑷 𝑹 = 𝑽′ VSAI ∆𝑽 𝑪= ∆𝑷 𝑷𝒎𝒖𝒔 Déclenchement Cyclage Insufflation Expiration Contrôle Niveau d’expiration Inspiration Expiration VSAI, BIPAP Paw Expiration Inspiration VENTILATEUR Expiration 𝑷𝒂𝒘 PB t FiO2 PEP VSAI AI Trigger inspiratoire, trigger expiratoire, pente de pressurisation, alarmes 𝑷𝒎𝒖𝒔 Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire OBJECTIF: Maintenir un niveau de pression constant (AI) au cours de l’inspiration du patient VSAI VSAI P V t LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu’elle délivre afin de maintenir la pression de consigne (AI) constante Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Débit Pression constante % débit de pointe PEP Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire OBJECTIF: Maintenir un niveau de pression constant (AI) au cours de l’inspiration du patient VSAI VSAI P V t LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu’elle délivre afin de maintenir la pression de consigne (AI) constante Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Débit Pression constante % débit de pointe PEP Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire OBJECTIF: Maintenir un niveau de pression constant (AI) au cours de l’inspiration du patient VSAI VSAI P V t LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu’elle délivre afin de maintenir la pression de consigne (AI) constante Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Débit Pression constante % débit de pointe PEP Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire OBJECTIF: Maintenir un niveau de pression constant (AI) au cours de l’inspiration du patient VSAI VSAI P V t LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu’elle délivre afin de maintenir la pression de consigne (AI) constante Déclenchement Contrôle Cyclage Niveau d’expiration Débit Pression constante % débit de pointe PEP EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE 𝑷𝒂𝒘𝒕+ 𝑷𝒎𝒖𝒔𝒕 = 𝑷𝟎 + 𝑹 × 𝑽′ 𝒕 + Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C) • Que se passe-t-il quand on augmente la pression d’AI dans les voies aériennes? 𝑽𝒕 𝑪 VENTILATEUR 𝑷𝒂𝒘 ∆𝑷 𝑹 = 𝑽′ VSAI ∆𝑽 𝑪= ∆𝑷 • Que se passe-t-il quand l’effort respiratoire augmente? 𝑷𝒎𝒖𝒔 Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire Débit Pes Paw 20 sec AI = 10 cmH2O PEP = 7 cmH2O Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire Débit Vt Pes A niveau d’AI identique, plus le patient fait un effort important, plus le Vt augmente, et plus le Ti augmente Paw 20 sec AI = 10 cmH2O PEP = 7 cmH2O 2,5 TI (sec) 2 1,5 1 0,5 VSAI VSAI Temps inspiratoire neural 0 1 Assistance min 2 3 Assistance 4 max Giannouli E, et al. Am J Respir Crit Care 1999; 159: 1716-25 Younes M, et al. Am J Respir Crit Care Med 2002; 166: 21-30 Aide inspiratoire Volume courant Temps d’insufflation Temps expiratoire Hyperinflation dynamique (Expiration incomplète) PEP intrinsèque effort respiratoire nécessaire pour déclencher le respirateur Commande respiratoire Paw VENTILATEUR VSAI Palv Palv < Paw 0 Déclenchement « immédiat » du respirateur 0 0 0 Effort pour déclencher le respirateur > 10 cmH2O 10 0 Débit d’insufflation SDRA NORMAL Seuil de trigger expiratoire 25 % BPCO Inspiration Temps Expiration Constante de temps (expiration passive) R V= V0 . e-t/τ V VO τ=RxC C 3τ = 96% V0 Inspiration Expiration t Aide inspiratoire Volume courant Temps d’insufflation Commande respiratoire Temps expiratoire Hyperinflation dynamique (Expiration incomplète) PEP intrinsèque effort respiratoire nécessaire pour déclencher le respirateur Effort inefficace Effort respiratoire VSAI Débit Pes PEP intrinsèque Paw Effort inefficace 20 sec AI = 25 cmH2O PEP = 5 cmH2O VSAI Débit Pes Paw 20 sec AI = 10 cmH2O PEP = 7 cmH2O Les échanges gazeux PIO2 La PAO2 dépend principalement de la FiO2 PIO2 = (PB – 47) . FiO2 PH20 = 47 mm Hg PACO2 PAO2 = PIO2 – (PACO2 / R) + F PAO2 Artère pulmonaire PvO2 PvCO2 Sang veineux PB = 760 mm Hg FiO2 = 21% Veine pulmonaire PaO2 PaCO2 Sang artériel R ≈ 0.8 F ≈ 2 mm Hg . . PACO2 = (VCO2 / VA) . K PAO2 ≈ PaO2 PACO2 ≈ PaCO2 La PACO2 dépend principalement de la ventilation alvéolaire Conclusion Patient Mécanique respiratoire +/efforts respiratoires Besoins Ventilateur Mode ventilatoire Monitorage