Physiologie de la ventilation mécanique - · PDF file12 mars 2009. Équation du mouvement de l'air ... 2O/L/sec à un débit ... Fr = 30. Limitation de lLimitation de lexpiration’expiration

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

Pause inspiratoire

PIP

PplatPresPplat

Pressure PEEP

Volume




Débit

Pause inspiratoire

PplatPplat

PIPPres

= Pélast Palvéolaire

PEEP

PplatPplatPressure

= Pélast, Palvéolaire

PEEPPEEP

Volume




Débit

Pplat

PIP

PEEP

PplatPressure PEEP

Pmoy = Paw

Volume



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




Débit inspiratoire constant

DébitPause inspiratoire

PIP

PplatΔP = Pression résistivePplat

Pression

Volume




PIP

Débit

PplatPression

ΔP = Pression résistive

Volume



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


20cmH2O

C = 500mL = 25 mL/cmH2O20cmH O20cmH2O

500 mL 0 mL

Compliance et compliance spécifiqueCompliance et compliance spécifique


20cmH2O

Cspéc = 50mL/cmH2O = 150mL50mL

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

Compliance et compliance spécifiqueCompliance et compliance spécifique


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




Débit

Pause inspiratoire

PplatPplat (alvéolaire)

PIP

PEEP

PplatPplat (alvéolaire)Pressure = Pélastique

PEEPPEEP

Volume




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


→ 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)


↑ Résistance

Limitation du débit expiratoire

↑ Résistance

↓ Débit, ↑ TexpirLimitation du débit expiratoire

Bronchospasme

Palv = 20 Patm = 0


Limitation du débit expiratoireBronchospasme

↑ Résistance

Bronchospasme

↑ Résistance

↓ Débit, ↑ Texpir

Palv = 10 Patm = 0


Limitation du débit expiratoireBronchospasmeBronchospasmeCollapsus des petites voies aériennes (emphysème)

Palv = 20 Patm = 0


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







Augmentation des sécrétions bronchiquesPIP ↑ Pplat ↔R ↑ C ↔







Atélectasie lobe inférieur gauche







Atélectasie lobe inférieur gauchePIP ↑ Pplat ↑R ↔ C ↓







Bronchospasme







BronchospasmePIP ↑ Pplat ↔R ↑ C ↔







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

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