Principes de la ventilation

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