respirateur de réanimationLa ventilation artificielle (ou ventilation mécanique) a pour but de se substituer, partiellement ou totalement, à la fonction respiratoire défaillante pendant une durée qui varie de quelques minutes à plusieurs semaines. L'origine de la défaillance respiratoire conditionne beaucoup les modalités de l'assistance respiratoire.

L'assistance respiratoire est dite :
• invasive : avec prothèse endotrachéale (sonde d'intubation).
• ou non invasive (VNI) : avec un masque naso-buccal étanche, nécessitant un patient coopérant qui a une respiration spontanée. Cette méthode est indiquée dans le BPCO et l'OAP.

Depuis l’utilisation des "poumons d’acier" au début du XXème siècle, la technologie des respirateurs mécaniques a progressée durant des décennies en suivant l’évolution scientifique en médecine et en électronique. Actuellement, nous disposons d’appareils de plus en plus modernes, compacts et sophistiqués pour usage en réanimation, en pédiatrie et en anesthésie. Ils ont incorporé une multitude de modes de ventilation et des capacités de surveillance avancées.

L’utilisation de ces respirateurs est devenue courante en médecine d’urgence et implique la nécessité d’une bonne formation des médecins et du personnel soignant. La connaissance parfaite, de la physiologie respiratoire et des différents modes ventilatoires utilisables, est primordiale pour assurer la sécurité du patient.
Nous décrivons ici les notions de base de respiration artificielle et seulement dans le cadre de la pratique quotidienne en médecine d’urgence.

I. LE CYCLE RESPIRATOIRE PHYSIOLOGIQUE :
Cycle respiratoireOn distingue quatre phases dans un cycle respiratoire physiologique :

  1. L'inspiration, qui est active par l’intermédiaire des muscles thoraciques et l’abaissement du diaphragme qui provoquent une pression négative intra pleurale permettant à l'air de pénétrer dans les alvéoles.
  2. Le passage de l'inspiration à l'expiration,
  3. L'expiration, qui est passive par l'élasticité naturelle de la cage thoracique. La pression de fin d'expiration dans les alvéoles est normalement la même que la pression atmosphérique.
  4. Le passage de l'expiration à l'inspiration.

La fréquence respiratoire normale d’un adulte se situe entre 12 et 20 cycles/minute, elle est plus rapide chez le nourrisson.

Respiration assistée

II. DÉFINITIONS :

 DÉFINITIONS ET PARAMÈTRES​  
 VC (ou Vt)  Volume courant (Tidal volume) : volume d’air inspiré ou expiré à chaque cycle respiratoire   8 – 10 ml/kg (par rapport au poids idéal) (Adulte 0,5 à 1 litre), 6-8 ml/kg si SDRA. Un volume trop élevé provoque un risque d'hyperinflation, un volume trop bas provoque une atélectasie
 FR  Fréquence respiratoire (en cycle par minute) 

Variable selon l’âge (Adulte : 12 à 20 cycles/min ou plus)

En cas d’hypocapnie, on diminue la fréquence respiratoire, en cas d’hypercapnie on augmente la fréquence respiratoire. 

 V  Débit ventilatoire ou débit de pointe, en litre/minute   V = Vt x FR
 FiO2  Concentration fractionnelle d'oxygène dans l’air inspirée   Varie de 21 à 100% d’oxygène, initialement fixée à 1 (100%) puis entre 40 et 60% en fonction de la SpO2

 I/E

I:E

 C'est la valeur du temps inspiratoire (I) divisée par celle du temps expiratoire (E)   En général ½
1/3 dans l’asthme et BPCO
 PEP  Pression expiratoire positive, c'est une pression résiduelle maintenue dans les voies aériennes pendant l'expiration. Avantages : En maintenant ouvertes certaines alvéoles en fin d'expiration, elle permet : - une augmentation du recrutement alvéolaire - une limitation du risque d'atélectasies en maintenant les alvéoles ouvertes. - une augmentation de la capacité résiduelle fonctionnelle (C.R.F.). - une amélioration possible de la compliance thoraco-pulmonaire.  Variable de 0 à 20 cmH2O. À adapter progressivement entre 5 à 15 cmH2O. Inconvénients : - Retentissement hémodynamique (diminution du débit cardiaque et du retour veineux) - Augmentation du risque de barotraumatisme
 AI  Aide inspiratoire : consiste à assister chaque cycle spontané du patient par un niveau de pression prédéterminé   AI : 7 à 10 cmH2O
Pins Max Pression maximale d’insufflation à ne pas dépasser. L'alarme signe une sonde bouchée ou coudée, bronchospasme, pneumothorax, intubation sélective.  Environ 10 cmH2O au dessus de celle mesurée.
Pins Min Pression minimale dans les voies respiratoires. L'alarme signe une fuite ou un débranchement.  Environ 10 cmH2O en dessous de celle mesurée.

 III. INDICATIONS DE LA VENTILATION MÉCANIQUE :

L’objectif de la ventilation assistée est de réduire le travail ventilatoire et d’améliorer une hypoxémie ou une hypercapnie mettant en jeu le pronostic vital.
Les indications d’intubation et de ventilation mécanique invasive sont :

  • au cours de l’anesthésie générale,
  • survenue d’apnée ou d’arrêt cardiorespiratoire,
  • insuffisance respiratoire aigue ne répondant pas à l’oxygénation non invasive, hypoxémie sévère,
  • apparition de signes d’épuisement musculaire ventilatoire : tachypnée > 35 cycles/min ou bradypnée <10 cycles/min, signes de lutte (tirage, ventilation abdominale paradoxale),
  • coma avec un score de Glasgow < 9,
  • un état de choc grave ne réagissant pas rapidement au traitement symptomatique et étiologique du choc.

IV) DIFFÉRENTS TYPES D'APPAREILS :

1. Les ventilateurs pneumatiques dits de transport :

Permettent uniquement la réalisation d'une ventilation contrôlée (VC). L'avantage de ces respirateurs réside dans leur ergonomie et leur coût relativement faible (selon les options le prix varie de 3000 à 5000 €). Facilement utilisables dans les services d'urgence et pour le transport des malades mais ils ne sont pas recommandés dans certaines pathologies (SDRA, asthme aigu grave, etc.).

Respiration assistée

Les paramètres à régler sont : la fréquence respiratoire FR, la FIO2 (60% ou 100%) et le volume courant Vt. Ces appareils permettent aussi de régler la PEP, l'aide inspiratoire (AI) et les niveaux d'alarmes pour pressions maximales et minimales.
Les appareils modernes permettent la ventilation non invasives VNI, certains appareils anciens ne sont pas adaptés à ce mode de ventilation. En pédiatrie, il existe des appareils spécifiques.

Le poids de l’appareil varie en moyenne de 3 à 5 kg. La batterie, si elle existe, n’est pas nécessaire pour le fonctionnement mais pour l’affichage et pour l’alarme sonore.
N’utilisez pas l'appareil pendant un examen IRM (imagerie par résonance magnétique) sauf s'il porte la mention «compatible IRM».

ventilateur de réanimation2. Les ventilateurs de réanimation :
Sont plus performants, offrent plus de sécurité pour le malade mais encombrants, coûteux (plus de 10.000 €), nécessitent une source d'énergie 220V et un apport d'air et d'oxygène. L'écran affiche les paramètres de ventilation, les alarmes et courbes de ventilation. Ces respirateurs permettent plusieurs modes de ventilation assistée. Le médecin est appelé à régler les paramètres et d'adapter les niveaux d'alarme.

Les respirateurs d'anesthésie sont différents et destinés à l'utilisation en bloc opératoire.

V. PRINCIPALES TECHNIQUES DE VENTILATION :

1/ VENTILATION CONTRÔLÉE (VC) :

C'est le mode ventilatoire le plus simple et le plus utilisé en médecine d'urgence et en situations aigues. La totalité du support ventilatoire est fournit par le ventilateur. Le patient ventilé n'a aucune participation active «Il est l’esclave de la machine».

  • Indications : toutes les détresses respiratoires aiguës (d'origine périphérique ou centrale). C’est le mode initial généralement choisi au début de la réanimation.
  • Limites : en dehors de l’arrêt cardio-pulmonaire, le recours à une sédation profonde voire à une curarisation est nécessaire pour avoir une synchronisation entre la délivrance des cycles ventilatoires et les efforts inspiratoires du patient.
  • Réglage : c'est le médecin qui détermine les paramètres fondamentaux du cycle :

- Volume courant (VC) : 8 à 10 ml/kg (en fonction du poids idéal relatif à la taille),
- Débit inspiratoire (V) : 60 à 80 L/min
- Fréquence respiratoire (FR) : 12 à 20 cycles/min ou plus
- Concentration fractionnelle de l'oxygène (FiO2) 

- le niveau de pression expiratoire positive (PEP).
- Le réglage du rapport I/E est important dans certaines pathologies (comme l'asthme et le BPCO).

2/ VENTILATION ASSISTÉE :

Plusieurs modalités d'assistance ventilatoires existent.

  • Modes ventilatoires en volume : l’opérateur prescrit un volume donné Vt qui est administré à un débit donné V. Ces modes ont l’avantage d’une grande sécurité puisque le volume courant prescrit ne peut jamais être dépassé. Ils sont adaptés aux situations aiguës en réanimation ou en anesthésie. En revanche, ils sont peu adaptés au sevrage.
  • Modes ventilatoires en pression : l’opérateur règle un objectif de pression positive. Le gradient de pression entre la pression positive appliquée au niveau des voies aériennes et la pression régnant dans les alvéoles va générer un débit.

a) Modes ventilatoires en volume (VAC et VACI) :
Ils permettent au patient de déclencher, à son propre rythme, l'insufflation d'un volume courant, dont les caractéristiques sont préréglées, tout en assurant une fréquence minimale. Ils facilitent l'adaptation du patient au ventilateur et permettent d'optimiser les échanges gazeux.

Le volume courant est préréglé et administré selon deux modes :

1- Ventilation assistée contrôlée ou VAC :
C’est le mode les plus utilisé. À chaque demande du patient (inspiration) le ventilateur insuffle un volume courant fixe, le ventilateur assure une fréquence minimale en deçà de laquelle le respirateur passe automatiquement en mode contrôlé.

  • Réglage : volume courant insufflé, fréquence minimale de sécurité. La pression moyenne intra-alvéolaire doit être < 30 cmH20.
  • Indications : patients ne nécessitant pas de sédation profonde et qui conservent une part de ventilation spontanée.
  • Inconvénients : risque d'hyper ou d'hypoventilation.

2- Ventilation assistée contrôlée intermittente ou VACI :
Mode de ventilation associant obligatoirement une ventilation assistée contrôlée périodique (dont Vt et FR sont préréglés) et une ventilation spontanée du patient entre les cycles assistés. Le patient est insufflé de manière intermittente en alternance avec des cycles spontanés. Si le patient ne respire plus spontanément le ventilateur passe en mode contrôlé avec le même volume courant et à la fréquence affichée.

  • Réglage : le même que la VAC mais la fréquence minimale est plus basse. Il est recommandé de supprimer le plateau de fin d'insufflation pour ne pas gêner l'éventuel début d'un cycle spontané suivant.
  • Avantage : méthode douce et confortable de sevrage.
  • Indications : sevrage de ventilation mécanique, particulièrement dans les insuffisances respiratoires chroniques.

b) Modes ventilatoires en pression : VS avec aide inspiratoire (AI) :
L'aide inspiratoire est particulièrement utilisée pour le sevrage ventilatoire. Chaque cycle est déclenché par le patient qui est assisté par une pression délivrée en plateau jusqu' à la fin de l'inspiration ce qui réduit son effort et son travail respiratoire et améliore les échanges gazeux.

  • Réglages : Le niveau d'AI peut varier considérablement en fonction de la pathologie et de l'état d'avancement du sevrage de 5 à 30 cmH2O. Le seuil de déclenchement est légèrement en dessous des performances du patient. Il est indispensable de régler un certain nombre d'alarmes de sécurité (Vt bas et/ou FR élevée) qui permettent d'alerter quand le niveau de pression inspiratoire appliqué n'est plus adéquat. La mise à contribution visible des muscles respiratoires accessoires est un bon témoin d'un niveau AI insuffisant.
  • Limites : l'efficacité dépend de l'existence d'un certain niveau des centres respiratoires. Le volume courant n’est pas contrôlé et risque d'être variable.
  • Indications : ventilation non invasive VNI dans les insuffisances respiratoires chroniques peu décompensées et non hypercapniques.

c) Ventilation spontanée avec pression expiratoire positive (VS - PEP) :
Le patient respire spontanément avec un niveau constant de pression positive au cours de l'inspiration et de l'expiration.

  • Indications : traitement des patients hypoxémiques conservant une ventilation spontanée. Elle peut aussi être utilisée en ventilation non invasive VNI. Elle est contre indiquée en cas des maladies neuro-musculaires.
  • Réglage : seuil de déclenchement du trigger, PEP, FR, et Vt.

VI. SURVEILLANCE :
Un patient sous ventilation assistée doit être sous surveillance médicale stricte. Il est nécessaire de surveiller de façon régulière:

  • L'adaptation du patient à sa machine, la symétrie de la ventilation,
  • La conscience, l'oxymètre de pouls SpO2, les gaz du sang, l'état hémodynamique, le rythme cardiaque sous scope. Une radiographie thoracique doit être réalisée chaque fois que c'est nécessaire.
  • Les alarmes de volume et de pression qui peuvent précocement prévenir d'un débranchement, d’une fuite du respirateur, d’une coudure ou d’une obstruction (bouchon de sécrétions bronchiques).
  • Les alarmes sont utiles pour contrôler une éventuelle augmentation indésirable de pression ou de volume, une fuite d’air, un arrêt de courant, une baisse de la ventilation/min ou un défaut de cycle.
  • En cas d'utilisation d'un échangeur thermique (filtre d'humidification et filtre antibactérien à usage unique) il faut le remplacer s'il est bouché par les secrétions et toutes les 24 heures.
  • Le circuit patient doit être lavé et désinfecté entre chaque utilisation.

Ventilation mécanique

VII. INCIDENTS ET ACCIDENTS :

  • L'alcalose gazeuse est le plus souvent bénigne, ne nécessitant qu'une modification des paramètres ventilatoires.
  • Les complications mécaniques peuvent être redoutables et se traduisent par une désadaptation brutale, des sueurs, une cyanose. Il peut s'agir d’une fuite du respirateur ou du circuit, d'un débranchement accidentel, d’une obstruction qui se traduit par une augmentation brutale des pressions.
  • La PEP peut se compliquer d’une hypotension, de pneumothorax ou d’un pneumomédiastin.
  • Les risques d'embolie pulmonaire nécessitent un traitement anticoagulant préventif (HBPM).
  • Les complications infectieuses ont pour origine la sonde d'intubation, les sondes d'aspiration ou le respirateur en dépit de l'usage de filtres antibactériens.
  • Le collapsus de réventilation est le plus souvent transitoire et répond bien au remplissage voire aux sympathomimétiques. Cependant, en cas de doute, l'exploration hémodynamique s'impose pour éliminer une étiologie infectieuse, hypovolémique on cardiogénique.
  • Des troubles du rythme peuvent s'observer lors des déséquilibres acido basiques ou hydro éléctrolytiques.

VIII. SEVRAGE ET EXTUBATION :
Lorsque l'état hémodynamique et respiratoire s'améliore, le sevrage peut être envisagé.
Chez un malade préparé psychologiquement, aspiré régulièrement, assis ou demi assis chez qui les sédatifs ont été interrompus depuis suffisamment longtemps:

  • de façon progressive par période courte;
  • sous contrôle clinique, monitorage sous scope et surveillance de la SpO2.
  • les aspirations doivent être complètes et soigneuses.
  • la sonde d'aspiration est glissée dans la sonde d'intubation et toutes les deux sont retirées après avoir dégonflé le ballon, lors d'une aspiration forcée.

IX. CHOIX DU MODE D'ASSISTANCE RESPIRATOIRE :

  • Malade en apnée (arrêt cardio-respiratoire), insuffisance respiratoire aiguë : ventilation contrôlée VC
  • Asthme grave : ventilation mécanique seulement en cas d’échec du traitement médical bien conduit ou d’emblée lorsque la situation est grave (épuisement musculaire, bradypnée, collapsus ou troubles de la conscience). Réglage du respirateur : fréquence respiratoire >14 cycles/min, débit d’insufflation à 60-80 L/min, volume courant de 6 à 8 ml/kg, PEP doit être maintenue ≤ 5 cmH2O [6].
  • OAP cardiogénique : la ventilation non invasive (VNI) par masque facial en pression positive télé-expiratoire (VS-PEP ou CPAP de Boussignac) est très efficace et peut éviter l'intubation. Elle est de recours, en absence de contre indications, en cas de persistance de l'hypoxémie. Le niveau de PEP est habituellement entre 7,5 et 10 cmH2O.
  • Décompensations de BPCO : le mode VS-AI-PEP est recommandé avec acidose respiratoire et pH <7,35. La VS-PEP ne doit pas être utilisée. Intubation orotrachéale et ventilation mécanique en cas de signes de gravité (Réglage VT <10 ml/kg, fréquence basse 10 à 12 c/min et rapport I/E de 1/3 à 1/4) [5].

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BIBLIOGRAPHIE :

  1. A EGHIAIAN et al. : Socle de connaissances sur les respirateurs (réanimation et urgences) et les machines d’anesthésie. Formation Référent Matériel Anesthésie Réanimation, 2015, SFAR
  2. A. DEMOULE, J. DELEMAZURE : Aspects techniques et pratiques de la ventilation mécanique. EMC - Pneumologie, Volume 15 > n°3, juillet 2018
  3. T. DESMETTRE et al. : Quel mode ventilatoire pour quelle détresse respiratoire ? Conférence urgences 2013, SFMU
  4. TÀI PHAM et al. : Mechanical Ventilation: State of the Art. Mayo Clin Proc. September 2017;92(9):1382-1400
  5. SPLF : Prise en charge des exacerbations aiguës de la maladie pulmonaire obstructive chronique. Revue des Maladies Respiratoires. Volume 34, n° 4, avril 2017, pages 282-322,
  6. SFMU, SRLF : Prise en charge de l’exacerbation sévère d’asthme. Recommandations formalisées d’experts communes 2018.

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