Interprétation biologique des gaz du sang par une application pour

Journal Identification = ABC Article Identification = 0874 Date: September 27, 2013 Time: 11:50 am
doi:10.1684/abc.2013.0874
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Pour citer cet article : Obiols J, Bardo P, Garnier JP, Brouard B. Interprétation biologique des gaz du sang par une application pour smartphone. Ann Biol Clin 2013 ; 71(5) :
593-8 doi:10.1684/abc.2013.0874
Biologie au quotidien
Ann Biol Clin 2013 ; 71 (5) : 593-8
Interprétation biologique des gaz du sang
par une application pour smartphone
Smartphone application for blood gas interpretation
Julien Obiols1
Pascale Bardo2
Jean-Pierre Garnier3
Benoît Brouard4
1Laboratoire de biologie médicale,
Centre hospitalier de Béziers, France
<[email protected]>
2Pharmacie, Hôpital Henri Mondor,
Créteil, France
3Service de biochimie, Hôpital
Saint-Louis, Paris ; Biochimie UFR
Pharmacie, Paris, France
4Pharmacie, Hôpital Pitié-Salpêtrière,
Paris, France
Article rec¸u le 2 mai 2013,
accept´ e le 26 juin 2013
Résumé. Quatre-vingt-quatorze pour cent des professionnels de santé utilisent
leur smartphone à des fins professionnelles et plus d’un sur deux dispose
d’applications médicales. L’application « Gaz du sang » a été créée pour
s’inscrire dans cette dynamique et participer au développement de la e-santé en
France. L’application « Gaz du sang » est une application « métier » destinée
aux soignants. Elle facilite l’interprétation des résultats de gazométrie sanguine
grâce à un algorithme élaboré en référence à une bibliographie médicale. Elle
permet de dépister certains troubles acidobasiques complexes ou intriqués, en
évaluant l’efficacité de la réponse secondaire. L’application étudie également
l’état respiratoire du patient en calculant le rapport PaO2/FiO2et le gradient
alvéolo-artériel. Elle signale également la présence d’un effet shunt. Enfin, un
module spécifique au calcul du SID (strong ion difference) selon le modèle de
Stewart permet de dépister des troubles acidobasiques complexes rencontrés en
réanimation. Cette application permet de répondre à la nomenclature des actes
de biologie médicale qui recommande une interprétation biologique adaptée
pour chaque résultat de gaz du sang.
Mots clés : gaz du sang, strong ion difference, interprétation, trou anionique,
acidose, alcalose, biologie, biochimie, mobile, application, smartphone
Abstract. Ninety four per cent of health professionals use their smartphone for
business purposes and more than 50% has medical applications. The «Blood
Gas» application was created to be part of this dynamic and participate to
e-health development in France. The «Blood Gas» application facilitates inter-
pretation of the results of blood gas analysis using an algorithm developed with
reference to a medical bibliography. It can detect some complex or intricate
acid-base disorders in evaluating the effectiveness of the secondary response.
The application also studied the respiratory status of the patient by calculating
the PaO2/FiO2ratio and the alveol-arterial gradient. It also indicates the pre-
sence of a shunt effect. Finally, a specific module to calculate the SID (strong
ion difference) depending on the model of Stewart can detect complex acid-base
disorders.
Key words: blood gas, strong ion difference, interpretation, anion gap, acidosis,
alkalosis, biology, biochemistry, mobile, application, smartphone
L’analyse des gaz du sang artériel présente un grand
intérêt pour le diagnostic, le suivi et l’évaluation de la
gravité clinique des états métaboliques et respiratoires en
pratique courante. La rapidité d’obtention des résultats
en fait un examen dont l’application clinique peut être
immédiate.
En cas de trouble acidobasique (acidose ou alcalose),
l’étude des bicarbonates, des lactates et du trou anionique
(réalisable grâce au dosage du ionogramme sur sang arté-
riel), permet de s’orienter rapidement vers une étiologie
métabolique. De plus l’étude de la PCO2,PaO
2et des cal-
culs associés (gradient alvéolo-artériel, rapport PaO2/FiO2,
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Biologie au quotidien
effet shunt, dosage de l’HbCO...) pourra renseigner le
clinicien en cas de cause respiratoire. L’étude la réponse
secondaire (modification des bicarbonates en cas de cause
respiratoire et modification de la PCO2en cas de cause
métabolique), peut permettre de mettre en évidence un
trouble mixte correspondant à un trouble acidobasique sup-
plémentaire.
Plus qu’une aide au diagnostic, la gazométrie sanguine a
également sa place dans le suivi des états respiratoires et
métaboliques, notamment en service de pneumologie et de
réanimation où la modification de ces paramètres peut être
contrôlée plusieurs fois par jour. Mais l’interprétation des
gaz du sang reste une activité complexe et chronophage.
Une automatisation de celle-ci permettrait un gain de temps
pour les équipes soignantes. Pour être en adéquation avec
la pratique quotidienne des professionnels de santé, un tel
outil se doit d’être simple et à portée de main.
Depuis plusieurs années, un nouvel outil est apparu
dans les mains des soignants : leur propre smartphone.
Quatre-vingt-quatorze pour cent d’entre eux l’utilisent à
des fins professionnelles et plus d’un sur deux dispose
d’applications médicales [1].
L’application « Gaz du sang » que nous décrivons dans cet
article a été créée pour utiliser ce nouvel outil. Elle faci-
lite l’interprétation des résultats de gazométrie, et permet
de dépister certains troubles acidobasiques complexes ou
intriqués en évaluant l’efficacité de la réponse secondaire
(figure 1).
Figure 1. Présentation de l’application. Sont successivement représentés les écrans de : (1) chargement de l’application ; (2) entrée des
valeurs de pH, HCO3-, pCO2,pO
2, choix ou non de l’oxygénothérapie ; (3) résultat de l’interprétation ; (4) entrée des valeurs de calcul du
trou anionique, Na+, HCO3-,Cl
-, albumine ; (5) résultat de l’interprétation du trou anionique ; (6) entrée des valeurs permettant le calcul
du «strong ion difference »; (7) résultat de l’interprétation du strong ion difference ; (8) conversion des valeurs de Ca2+,Mg
2+, pCO2,
pO2; (9) valeurs usuelles utilisées pour le calcul des gaz du sang ; (10) mentions légales de l’application, les mises en gardes ainsi que
la bibliographie de l’application.
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Interprétation des gaz du sang sur smartphone
Rappels physiopathologiques
Le pH est un facteur fondamental du fonctionnement
enzymatique cellulaire ; il doit être maintenu au niveau
sanguin et cellulaire dans des limites extrêmement étroites
(7,35-7,45). Il est donc contrôlé par de multiples sys-
tèmes de régulation : chimiorécepteurs (et barorécepteurs
pour pO2et pCO2) carotidiens et aortiques, systèmes tam-
pons, régulation pulmonaire, régulation rénale. La pO2est
essentielle pour la phosphorylation oxydative qui en per-
manence produit de l’énergie sous forme d’ATP (70 kg
produits par jour), et le CO2éliminé par voie pulmonaire
et rénale (1 kg par jour) contribuent à l’équilibre acido-
basique.
Régulation physiologique
Le premier système de régulation qui intervient immé-
diatement est le système tampon. C’est le système
bicarbonates-acide carbonique : H++ HCO3-↔H2CO3
↔CO2+H
2O
L’équilibre régi par l’anhydrase carbonique peut être
déplacé vers la droite ou vers la gauche en fonction de
l’acidité. Il assure plus de la moitié de l’efficacité des sys-
tèmes tampons.
De cet équilibre dérive l’équation d’Henderson-
Hasselbalch : pH = 6,10 + log (HCO3-/a.pCO2), qui
permet de bien comprendre la balance (et l’obligation de
constance) du rapport HCO3-/pCO2.
Les autres sont les systèmes phosphate mono-dimétallique,
protéine-protéinate, et hémoglobine-hémoglobinate.
Le deuxième système qui intervient, en quelques minutes,
est le système pulmonaire. On sait depuis Claude Bernard
(1813-1878), qu’une injection acide chez le chien entraîne
une hyperventilation.
Chaque baisse de pH, ou une hypercapnie (augmentation
de pCO2), ou une hypoxie (baisse de pO2) entraîne une
hyperventilation ; une hausse de pH, ou une hypocapnie,
ou une hyperoxie entraîne une hypoventilation.
Le troisième système de régulation est rénal. Le néphron
module la réabsorption et l’excrétion de bicarbonates, ainsi
que celle de protons via le cycle glutamine-ammonium.
Pathologies
Les troubles touchant le pH sont les acidoses et les alca-
loses. Le pronostic vital est engagé en dessous de 7,00 et
au-dessus de 7,80. Les pathologies primitives altérant les
bicarbonates sont métaboliques, celles altérant la pCO2sont
dites respiratoires, ou pulmonaires ou ventilatoires.
Il y a donc 4 types de pathologies simples :
- acidose métabolique (e.g. de l’acidocétose du diabétique,
de jeûne, des diarrhées...);
Tableau 1. Réponses secondaires prévisibles lors d’un trouble aci-
dobasique pur.
Troubles métaboliques
Acidose pCO2= 1,3 HCO3-
Alcalose pCO2= 0,6 HCO3-
Troubles respiratoires
Acidose
Aiguë HCO3-= 0,1 pCO2
Chronique HCO3-= 0,35pCO2
Alcalose
Aiguë HCO3-= 0,2 pCO2
Chronique HCO3-= 0,5 pCO2
- acidose respiratoire (e.g. de BPCO, asthme, noyade,
myopathies...);
- alcalose métabolique (e.g. des vomissements,
hyperaldostéronisme...);
- alcalose respiratoire (e.g. de l’hypoxie, intoxication au
CO, altitude, intoxication médicamenteuse...).
Elles peuvent être compensées (pH normal) ou non compen-
sées. En fait, souvent elles sont mixtes, acidose mixte
métabolique et respiratoire, alcalose mixte.
Les troubles du transport des gaz (pO2, pCO2) accom-
pagnent la plupart du temps les acidoses–alcaloses.
Hypoxies, hyperoxies, hypocapnies, hypercapnies sont très
fréquentes.
Le rétablissement d’une normoxie et d’une normocapnie
fait partie des premiers gestes d’urgence de l’anesthésiste-
réanimateur. L’analyse « Gaz du sang » reste également
pour le biologiste l’analyse d’urgence par excellence.
Utilisation de l’application
L’utilisateur doit saisir dans l’application les résultats de
pH, HCO3-,etdePCO
2. Une fois ces données rentrées,
l’application interprète automatiquement les résultats selon
un algorithme réalisé notamment grâce au calcul des deltas
(tableau 1) [2-5].
Cette application permet donc d’identifier le mécanisme du
trouble acidobasique, et évalue la réponse secondaire afin de
déterminer si le trouble est pur ou mixte. Dans le cas d’une
acidose métabolique, l’application propose le calcul du trou
anionique pour connaître son étiologie. Dans ce cas, un
nouvel écran apparaît et permet la saisie les valeurs de Na+,
de HCO3-,deCl
-et d’albumine (figure 1). L’application
rend automatiquement l’interprétation du trou anionique,
ainsi que son calcul et celui du trou anionique corrigé par
l’albumine [6].
L’état respiratoire est également étudié si la PaO2et
la FiO2sont renseignées. L’application calcule le degré
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Biologie au quotidien
Tableau 2. Interprétation des paramètres respiratoires.
PaO2(sans O2)
>80 mmHg Absence d’hypoxémie
60-80 mmHg Hypoxémie minime
40-60 mmHg Hypoxémie modérée
<40 mmHg Hypoxémie sévère
PaO2+ PCO2<120 mmHg Effet shunt
Gradient alvéolo-artériel
P(A-a)O2= (149,7 -PCO2/0,8) - PaO2(N <15 mmHg)
Tableau 3. Calcul du trou anionique et du strong ion difference
(SID) selon le modèle de Stewart.
TA anionique
TA calculé = Na - (Cl + HCO3-)
TA corrigé = TA calculé + 0,25*(40-Albumine (g/L))
SID
SIDa = (Na++K
++Ca 2+ +Mg 2+) - (Cl-+ Lactates)
(N = 40+/-2 mEq/L)
d’hypoxémie [7], le rapport PaO2/FiO2, le gradient alvéolo-
artériel [8] et signale un effet shunt si PCO2+PaO
2<120
mmHg (tableau 2) [9].
Le calcul du strong ion difference (SID) selon le modèle de
Stewart est possible grâce aux valeurs de Na+,K
+,Ca
2+,
Mg2+, HCO3-et des lactates (figure 1). Le recours à ce cal-
cul peut être utile dans certains cas complexes, notamment
en réanimation. En effet, le modèle d’Henderson Hassel-
balch permet d’interpréter la variation du pH sanguin grâce
aux variations de la pCO2et des HCO3-. Cependant, dans
certains troubles métaboliques, ce modèle est insuffisant
pour expliquer une valeur de pH aberrante vis-à-vis des
valeurs de pCO2et HCO3-. Le modèle de Stewart utilise
d’autres paramètres comme les lactates, le Ca2+,leMg
2+,
ou l’albumine pour expliquer les variations du pH sanguin
dans les troubles métaboliques à l’aide du calcul du SID.
Une diminution du SID est en faveur d’une acidose métabo-
lique et une augmentation du SID en faveur d’une alcalose
métabolique (indépendamment des valeurs de HCO3-et
PCO2) [2] (tableau 3).
Un autre module de cette application est dédié à la fonction
de « conversion » qui permet de convertir automatique-
ment les valeurs de Ca2+ et de Mg2+ de mg/L en mmol/L
(figure 1), ainsi que les valeurs de pCO2et pO2de kPa
en mmHg. Enfin, l’onglet « valeurs usuelles » rappelle les
valeurs normales pour chaque paramètre.
Téléchargement de l’application
L’application est disponible en téléchargement au
prix de 1,79 Dsur l’AppStore d’Apple via le
lien suivant : https://itunes.apple.com/fr/app/gaz-du-sang/
id581539840?mt=8 (au 1er août 2013).
Elle est compatible avec l’iPhone est l’iPad.
Application à un cas clinique
Il s’agit d’un patient âgé de 75 ans hospitalisé en réani-
mation pour un choc septique secondaire à une péritonite
par lâchage de suture après chirurgie abdominale carcino-
logique [10]. Ce patient intubé et ventilé artificiellement ;
il présente une insuffisance rénale aiguë par tubulopathie et
bénéficie d’une hémofiltration continue. Les résultats de la
gazométrie sanguine sont les suivants :
- pH=7,22;K
+= 4,7 mmol/L
- PaCO2= 32,2 mmHg ; Cl-= 113 mmol/L
-PaO
2=58mmHg;Ca
2+ = 1,55 mmol/L
- HCO3-= 13 mmol/L ; Mg2+ = 0,52 mmol/L
-Na
+= 137 mmol/L ; Albumine = 10 g/L
- Phosphore = 1,39 mmol/L ; Lactate = 5,5 mmol/L
L’interprétation proposée par l’application est indiquée
dans la figure 2.
Selon l’approche conventionnelle, il s’agit d’une aci-
dose métabolique minérale pure à trou anionique
normal (pouvant s’expliquer par l’insuffisance rénale).
L’hyperlactatémie n’est pas détectée.
Selon l’approche de Stewart, il existe une importante charge
acide reflétée par le SID diminué. Celle-ci est due à
l’élévation de la chlorémie et des lactates. La diminution
des bicarbonates est faible car il existe une profonde hypoal-
buminémie qui est responsable d’une alcalose métabolique
surajoutée.
Conclusion
Cette application ne constitue pas une expertise biologique
stricto sensu, mais elle apporte une aide pour dépister cer-
tains troubles mixtes, pouvant ainsi faciliter le diagnostic
étiologique (e.g. découverte d’un trouble respiratoire asso-
cié à un trouble métabolique grâce au calcul des deltas, ou
inversement). Son concept innovant réside dans l’utilisation
d’outils nouveaux comme les smartphones qui sont facile-
ment utilisables et à portée de main. Enfin, il est important
de souligner que la nomenclature des actes de biologie
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Interprétation des gaz du sang sur smartphone
Figure 2. Interprétation proposée par l’application pour le cas clinique exposé.
médicale mentionne qu’un résultat de gazométrie doit
être accompagné d’une interprétation adaptée à chaque
résultat. Ce concept d’application peut donc être utilisé
par les biologistes en association au système informa-
tique du laboratoire pour répondre à cette demande. Avec
plus de 1 100 téléchargements en moins de 6 mois cette
application semble répondre aux attentes des profession-
nels de santé concernés. Une traduction de l’application
en anglais est en cours et devrait être disponible très
prochainement.
Liens d’intérêts : aucun.
Références
1. Observatoire Vidal des usages numériques en santé 2012.
2. Quintard H, Orban JC, Ichai C. Evaluation de l’équilibre acidobasique
en réanimation. Paris : Elsevier Masson, 2009.
3. Hennessey IAM, Japp AG. Arterial blood gases made easy. Paris :
Elsevier, 2010.
4. Mellemgaard K. The alveolar-arterial oxygen difference : its size and
components in normal man. Acta Physiol Scand 1966 ; 67 : 10.
5. Similowski T, Derenne JP. Insuffisances respiratoires aiguës. In :
Huchon G, ed. Pneumologie. Collection, Pour le praticien. Paris : Masson,
2001 : 322-4.
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