Physiologie de la ventilation mécanique - · PDF file12 mars 2009. Équation du...

Physiologie de la

ventilation mécanique

Martin LessardDépartement d'anesthésie réanimationDépartement d anesthésie-réanimation

Service de soins intensifsCHACHA

12 mars 2009

Équation du mouvement de l'air(E ti f ti )(Equation of motion)

RésistancePression résistive

CompliancePression élastique

Pression motrice = Présistive + Pélastique

Pression motrice = (Débit x R) + (Vol / Cstat)

Impédance du système respiratoireImpédance du système respiratoireDeux "forces" s'opposent à la respiration

Forces résistivesForces résistives(résistance)

Forces élastiques(compliance / élastance)(compliance / élastance)

Pression de ventilation

Pression de ventilation (max pointe crête peak)Pression de ventilation (max, pointe, crête, peak)PIP = Présistive + Pélastique

Pression résistivePrés = Débit x R

Pression élastiquePélastique = Vol / Cstat

Débit – Pressions – Volume(mode volume/débit contrôlé)(mode volume/débit contrôlé)

Débit

Pause inspiratoire

PIP (peak insp pressure)Pression de pointe

Pplat (plateau)Pplat (plateau)

PEEPPressure

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Débit – Pressions – Volume(mode volume/débit contrôlé)(mode volume/débit contrôlé)

Débit

Pause inspiratoire

PIP

PplatPresPplat

Pressure PEEP

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Débit – Pressions – Volume(mode volume/débit contrôlé)(mode volume/débit contrôlé)

Débit

Pause inspiratoire

PplatPplat

PIPPres

= Pélast Palvéolaire

PEEP

PplatPplatPressure

= Pélast, Palvéolaire

PEEPPEEP

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Débit – Pressions – Volume(mode volume/débit contrôlé)(mode volume/débit contrôlé)

Débit

Pplat

PIP

PEEP

PplatPressure PEEP

Pmoy = Paw

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Forces résistives: résistancesForces résistives: résistances

Ré i t à l'é l t d l' iRésistance à l'écoulement de l'air

Résistance à la déformation des tissus

Résistance inertielle

Le travail appliqué pour vaincre la résistance' én'est pas emmagasiné

est dissipé en chaleur

Résistance à l'écoulement de l'airRésistance à l écoulement de l air

Un gaz se déplace d'un endroit de haute pression g p pvers un endroit de plus basse pression avec un débit qui est fonction de la différence de pression et de la résistance

T d débit (fl t)Types de débit (flot)

Laminaire

b lTurbulent

Mixte / Intermédiaire

Flot laminaireFlot laminaire

Résistance fixe

ΔPression = Débit x Résistance

Nombre de Reynolds < 1000Nombre de Reynolds < 1000

Flot turbulentFlot turbulent

Résistance varie avec le débit

ΔPression = k x Débit2

Nombre de Reynolds > 1500 - 2000Nombre de Reynolds > 1500 2000

Flot mixte ou intermédiaireFlot mixte ou intermédiaire

éLe plus fréquent

Composante de flot laminaire et de flot turbulentComposante de flot laminaire et de flot turbulent

ΔPression = k1 x Débit + k2 x Débit2ΔPression k1 x Débit + k2 x Débit

Autres forces résistivesAutres forces résistives

Ré i t i él tiRésistance visco-élastiqueForce s'opposant à la déformation des tissus

Résistance inertielleInertie tissulaire et des gazInertie tissulaire et des gazDifficile à mesurerImportance négligeableImportance négligeable

sauf en ventilation à haute fréquence (HFV)

Résistance à l'écoulement de l'air

Chez le patient intubé et ventilé, on considère que le

débit est principalement laminairep p

P PP1 P2

ΔPression = P1 – P2 = Débit x Résistance

Mesure de la résistanceMesure de la résistance

Débit inspiratoire constant

DébitPause inspiratoire

PIP (peak insp pressure)

Pplat (plateau)Pplat (plateau)Pression

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Mesure de la résistanceMesure de la résistance

Débit inspiratoire constant

DébitPause inspiratoire

PIP

PplatΔP = Pression résistivePplat

Pression

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Mesure de la résistanceMesure de la résistance

PIP

Débit

PplatPression

ΔP = Pression résistive

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

ΔPression = P1 – P2 = Débit x Résistance

ΔPression = PIP – Pplat = Débit x RésistanceDébit constant et connuDébit constant et connu

Résistance = PIP – Pplat / Débit

Résistances totalesRésistances totales

à l'écoulement de l'airR = Pmax – P1 / Débit

visco-élastiquesR = P1 – P2 / Débit

P2 = Pplat

Résistance totaleR = Pmax – P2/ Débit

P P l tP2 = Pplat

Facteurs modifiant la résistanceFacteurs modifiant la résistance

Volume pulmonaireVolume pulmonaire↑volume pulmonaire = ↓résistance

Voies aériennes inférieuresVoies aériennes inférieuresBronchospasmeSécrétions

Facteurs modifiant la résistanceFacteurs modifiant la résistance

Appareillage externeAppareillage externeTube endotrachéal, trachéotomie

Obstruction des VASOedème laryngé post extubation

Flot turbulent: ΔPression = k x Débit2

Automatic Tube CompensationAutomatic Tube Compensation

Pression (aide) inspiratoire variableMesure instantanée du débit inspiratoire

k connue

Pression = k x Débit2

Calculée en temps réel (5 – 8 ms)

Résistance chez le patient ventiléRésistance chez le patient ventilé

Adulte normal:0.6 à 2.4 cmH2O/L/sec

à un débit inspiratoire de 0.5 L/secp

Patient intubé:≤ 5 – 10 cmH2O/L/sec

varie en fonction du diamètre du TET

varie en fonction du débit inspiratoire

Forces élastiques: complianceForces élastiques: compliance

Force s'opposant à la distension d'une structureForce s opposant à la distension d une structure élastique

Le travail nécessaire est emmagasiné sous formeLe travail nécessaire est emmagasiné sous forme d'énergie potentielle

expirationexpiration

Mesuré par:Élastance (cmH2O/ml)

Compliance (ml/cmH2O)

Compliance = 1 / ElastanceCompliance = 1 / Elastance

Forces élastiquesForces élastiques

Le volume d'une structure élastique dépend de saLe volume d une structure élastique dépend de sa

"résistance" à la distension (élastance, compliance) et

éde la pression trans-murale qui y est appliquée

P1 P2

Pression trans-murale = P1 – P2

Ptrans système respiratoire Palvéolaire PatmPtrans-système respiratoire = Palvéolaire - Patm

Forces élastiquesForces élastiques

Compliance pulmonaireCompliance pulmonaireCpulm ≅ 200 ml/cmH2O

Compliance pariétaleCth ≅ 200 ml/cmH2O

Compliance totale (du système respiratoire)1/Ctot = 1/Cpulm + 1/Cth1/Ctot = 1/Cpulm + 1/CthCtot ≅ 80 - 100 ml/cmH2O

é d l l lDéterminants de la compliance pulmonaire

Âge : modifie très peu la compliance pulmonaireÂge : modifie très peu la compliance pulmonaire

Taille : compliance spécifique = Ctot / CRF

Surfactant : diminue la tension de surfaceSurfactant : diminue la tension de surface

États pathologiques

Emphysèmep y

Oedème interstitiel

Volume pulmonaire

Capacité pulmonaire

compliance spécifique = Ctot / CRF

Position

Compliance et volume pulmonaireCompliance et volume pulmonaire

Courbe pression-volumeum

eVo

lu

Pression

Compliance et capacité pulmonaireCompliance et capacité pulmonaire

20 cmH2OC = 1000mL = 50 mL/cmH2O

20cmH2O

500 mL 500 mL

Compliance et capacité pulmonaire fonctionelleCompliance et capacité pulmonaire fonctionelle

20 cmH2OC = 1000mL = 50 mL/cmH2O

20cmH2O

C = 500mL = 25 mL/cmH2O20cmH O20cmH2O

500 mL 0 mL

Compliance et compliance spécifiqueCompliance et compliance spécifique

20 cmH2OC = 1000mL = 50 mL/cmH2O

20cmH2O

Cspéc = 50mL/cmH2O = 150mL50mL

Vc: 500mL Vc: 500mLCFR: 25mL CFR: 25mL

Compliance et compliance spécifiqueCompliance et compliance spécifique

20 cmH2OC = 1000mL = 50 mL/cmH2O

20cmH2O

Cspéc = 50mL/cmH2O = 150mL

C = 500mL = 25 mL/cmH2O20cmH2O

Vc: 500mL

Cspéc = 25mL/cmH2O = 125mL

Vc: 0mLCFR: 25mL CFR: 0mL

Compliance et ARDSCompliance et ARDS

ARDS ≠ poumons rigides

Amputation pulmonaire fonctionnelle↓ ↓ capacité résiduelle fonctionnelle↓ ↓ capacité résiduelle fonctionnelle

↓ ↓ capacité pulmonaire totale↓ Compliance pulmonaire totale

C li é ifi l é éCompliance spécifique peu altérée

ARDS sévère: Réduction de 70 à 80% du volume pulmonaire accessible à la ventilation

Concept des poumons de bébéConcept des poumons de bébé

Mesure de la complianceMesure de la compliance

Débit

Pause inspiratoire

PIP (peak insp pressure)

Pplat (plateau)Pplat (plateau)PEEPPression

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Mesure de la complianceMesure de la compliance

Débit

Pause inspiratoire

PplatPplat (alvéolaire)

PIP

PEEP

PplatPplat (alvéolaire)Pressure = Pélastique

PEEPPEEP

Volume

Volume télé-inspiratoire

Volume télé-expiratoire

Mesure de la complianceMesure de la compliance

C li t ti V l / P iCompliance statique = Δ Vol / Δ Pression

Compliance totale:V l / (P l é l i P t ) (PEEP P t )Δ Vol / (Palvéolaire – Patm) – (PEEP – Patm)

Δ Vol / (Palvéolaire – PEEP)

Compliance pulmonaire:Compliance pulmonaire:Δ Vol / (Palvéolaire – Pplinsp) – (PEEP – Pplexp)Δ Vol / (Palvéolaire – Pesoinsp) – (PEEP – Pesoexp)

Compliance pariétale:Δ Vol / (Pplinsp - Patm) – (Pplexp - Patm)Δ Vol / (Peso - Peso )Δ Vol / (Pesoinsp Pesoexp)

L'importance de la compliance pariétale dans l'analyse des pressions de ventilationdans l analyse des pressions de ventilation

Déterminants de la compliance pariétaleDéterminants de la compliance pariétale

Augmente DiminueAugmentePosition

debout

DiminuePosition

couchéedebout

Ventrale

Relaxants musculaires

couchée

dorsale

Obésitée a a ts uscu a es Obés té

Ascite, Anasarque

BrûluresBrûlures

Pneumopéritoine

Compliance du patient ventiléCompliance du patient ventilé

Adulte normal:Adulte normal:

80 à 120 mL/cmH2O

Patient intubé:

≥ 50 mL/cmH O≥ 50 mL/cmH2O

influencée par la capacité pulmonaire

compliance vs compliance spécifiquecompliance vs compliance spécifique

ex. ARDS sévère: Compl < 20 mL/cmH2O

Constante de tempsConstante de temps

Vitesse à laquelle une unité élastique atteint sa capacité maximale (ou l'inverse)Vitesse à laquelle une unité élastique atteint sa capacité maximale (ou l'inverse)

Dépend de résistance et de compliance

Constante de temps ( ) C (L/ H O) R ( H O/L/ )Constante de temps (sec) = C (L/cmH2O) x R (cmH2O/L/sec)

Ex: Ct = 0.1 L/cmH2O x 2 cmH2O/L/sec = 0.2 sec

Constante de temps : 63% de la capacité maximaleConstante de temps : 63% de la capacité maximale

Constante de temps % capacité

1 63%

2 87%

3 95%

4 98%

5 99.3%

Constante de tempsConstante de temps

Inspiration Pause inspiratoire

Constante de temps: corrélation clinique

Prolongement du temps inspiratoire

Constante de temps: corrélation clinique

Pause inspiratoireVentilation à ratio inversé

Débit

Pression

A éli ti d l' ffi ité d l til ti l é l i

Volume

Amélioration de l'efficacité de la ventilation alvéolaire↓ PaCO2 ≤ 4 – 6 mmHg

L’expirationL expiration

L’expirationL expiration

L’expiration est toujours passivee p at o est toujou s pass eNe peut être assistéeÉnergie emmagasinée lors de l’inspiration

Palv = 20 Patm = 0

L’expiration

L’expiration est toujours passive

L expiration

e p at o est toujou s pass eNe peut être assistéeÉnergie emmagasinée lors de l’inspiration

Palv = 0 Patm = 0

Capacité résiduelle fonctionnelle

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

→ Hyperinflation auto-PEEP→ Hyperinflation, auto PEEP

Limitation du temps expiratoireRatio I:EFréquence respiratoireC dConstante de temps

Temps expiratoireTemps expiratoire

Variable dépendante Fréq.Fréq. Ratio I:ERatio I:E Ti (sec)Ti (sec) Te (sec)Te (sec)Variable dépendanteFréquence respiratoireTemps inspiratoire

qq ( )( ) ( )( )

1010 2:12:1 44 22

2020 2:12:1 22 11

2020 3:13:1 2 252 25 0 750 75Texpir = 60 - Tinsp

Fréq.T i 60 (1 %i )

2020 3:13:1 2.252.25 0.750.752020 4:14:1 2.42.4 0.60.6

3030 2:12:1 1.331.33 0.670.67

Texpir = 60 - (1 - %insp)Fréq.

2O)

• Temps expiratoire: habituellement ≥ 2 sec

PE

EP

i (cm

H• Temps expiratoire: habituellement ≥ 2 sec• Si < 2 sec: attention à l'hyperinflation• Significatif lorsque Texpir < 1 sec

Texpir (s)

Pg q p

Fréquence respiratoireFréquence respiratoire

Fr = 20

Fr = 25

Fr = 30

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

→ Hyperinflation auto-PEEP→ Hyperinflation, auto PEEP

Limitation du temps expiratoireRatio I:EFréquence respiratoireC dConstante de temps

Limitation du débit expiratoiretat o du déb t e p ato eBronchospasmeCollapsus des petites voies aériennes (emphysème)

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

↑ Résistance

Limitation du débit expiratoire

↑ Résistance

↓ Débit, ↑ TexpirLimitation du débit expiratoire

Bronchospasme

Palv = 20 Patm = 0

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

Limitation du débit expiratoireBronchospasme

↑ Résistance

Bronchospasme

↑ Résistance

↓ Débit, ↑ Texpir

Palv = 10 Patm = 0

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

Limitation du débit expiratoireBronchospasmeBronchospasmeCollapsus des petites voies aériennes (emphysème)

Palv = 20 Patm = 0

Limitation de l’expirationLimitation de l expiration

Limitation du débit expiratoireBronchospasmeBronchospasmeCollapsus des petites voies aériennes (emphysème)

Arrêt de l’expiration

Palv = 10 Patm = 0

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Augmentation des sécrétions bronchiques

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Augmentation des sécrétions bronchiquesPIP ↑ Pplat ↔R ↑ C ↔

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Atélectasie lobe inférieur gauche

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Atélectasie lobe inférieur gauchePIP ↑ Pplat ↑R ↔ C ↓

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Bronchospasme

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

BronchospasmePIP ↑ Pplat ↔R ↑ C ↔

Situations cliniquesSituations cliniques

Patient 25 ans, 70 kg, TCC

VAC: 15 x 700 mL, FiO2: 50%, Peep: 5 cmH2O

Débit insp: 45 L/min

PIP 25cmH2O, Pplat 20cmH2O

R = 6 cmH2O/L/s C = 46 mL/cmH2O

Bronchospasme → hyperinflationPIP ↑↑ Pplat ↑ PEEPi ↑R ↑ C ↔