Particularités physiologiques

cardiovasculaires et respiratoires :

applications en anesthésie

pédiatrique

Dr Olivier Gall

Département d’Anesthésie Réanimation Chirurgicale

Hôpital Necker Enfants Malades

Incidence des arrêts cardiaques peranesthésiques chez l’enfant

Auteur Année nombre âge (ans) arrêts cardiaques

d’anesthésies /10,000 anesth.

Olsson 67-84 database = <1 17

(Suède) 250 543 1-9 4.6

Tiret 78-82 2103 <1 19

(France) 28 137 1-14 2

Cohen 82-87 2905 <1 24

(USA) 26 285 1-14 5

x5 à x10 chez le nourrisson < 1 an

Causes des arrêts cardiaquesdans les années 80

Olsson & Hallen. Acta Anaesthesiol Scand 1988

• database : 250 543 anesthésies

• causes : âge < 1 an (17 /10,000)

ventilation 33%

surdosage halothane 33%

hypovolémie 8%

réflexe vagal 16%

divers 8%

Causes des arrêts cardiaques liés à l’anesthésie

chez l’enfant (94-97 vs 2000-2003)

60

50

40

30

20

10

0

Medicaments Cardiovasculaires Respiratoires Equipement

Percent

1994 - 1997 2000 - 2003 Morray JP- SPA 2004

Diminution considérable des complications

liées à l’administration d’halogénés (halothane)

Augmentation relative des

causes cardiovasculaires

Adaptation cardio-circulatoire

a la naissance

Circulation foetale

• Fréquence et débit cardiaque élevés : 120-160 bpm et

200-300 ml/kg/min

• Pressions basses : 50-60 mmHg

• Résistances vasculaires systémiques basses

• Le flux sanguin dépend essentiellement de la fréquence

cardiaque

Toute bradycardie fœtale est synonyme de bas

débit et d’apport insuffisant d’O2 aux tissus

A la naissance

Interruption de la circulation ombilicale

• Diminution du retour veineux

• Augmentation des résistances vasculaires systémiques

Expansion pulmonaire

• Diminution des résistances vasculaires pulmonaires

• Augmentation du débit sanguin pulmonaire

• Augmentation du retour veineux dans l’OG

Evolution des résistances vasculaires

en période périnatale

-7 -5 -3 -1 1 3 5 7

1,8

1,4

1,0

0,6

0,2

Résistances

mmHg/ml/mn/kg

Semaines / naissance

Pulmonaires

Systémiques

A la naissance

VD

OD OG

VG

Alvéole

• Inversion du régime de pression

dans les cavités cardiaques

• Pgauches > Pdroites

• Fermeture du foramen ovale

• Diminution du shunt du canal artériel

et fermeture fonctionnelle en qq jours

à qq semaines (O2 et PG)

Circulation

transitionnelle

VD

OD OG

VG

Alvéole

• Hypoxie

• Acidose

• Hypovolémie

• Hypothermie

Réouverture des shunts

Retour à la circulation foetaleHypoxie réfractaire

Système cardio-vasculaire

Physiologie cardio-circulatoire

du nouveau né

• Masse myocardique faible

• Immaturité des propriétés contractiles

• Qc = Fc x VES

Précharge

Contractilité myocardique

Postcharge

Volume VG0 50 100 150

Pression

OM

FM

OA

FA

relax

isovol

PTS

PTD

CYCLE PRESSION-VOLUME

VES

remplissage

diastolique

éjection

contr

isovol

VTS VTD

W = P.V

POSTCHARGE

PRECHARGE

Courbe Pression/Volume

A

B

C

D

Physiologie cardio-circulatoire

du nouveau né

• Masse myocardique faible

• Immaturité des propriétés contractiles

• Qc = Fc x VES

Le débit cardiaque et l’apport d’O2 aux tissus

sont très dépendants de la fréquence cardiaque

• FC < 80 battements par minute = arrêt cardiaque

• préparation systématique d’atropine

• quantification des apports hydro-électrolytiques en période peri-opératoire (mauvaise tolérance des variations de conditions de charge)

• titration des agents anesthésiques

Implications en anesthésie

Paramètres hémodynamiques en

fonction de l’âge

Nouveau-né 2 mois 1 anAdulte

repos

Débit

cardiaque

(ml/kg/min)200-300 150 80-100

VO2

(ml/kg/min)6-7 3,5 3,5

Fc 140-160 100 60

PA s-d 60-35 90-60 120-65

Mesure du débit cardiaque par

doppler oesophagien

56 infants of gestation 39 (31–41)

weeks, age 17 (2–122) days and

weight 3.4 (1.4–4.9) kg.

Patel N et al. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed doi:10.1136/adc.2009.170704

Interprétation de la PA

• PA-POD = QC x RVS

soit

PA = (FC x VES) x RVS + POD

• synthèse des paramètres circulatoires

• grandeur régulée

PA augmente

Tonus Σ augmente

Tonus para Σ diminue

Fc augmente

RVS augmente

PA diminue

Décharge des

barorécepteurs

Décharge des

barorécepteurs

Tonus Σ diminue

Tonus para Σ augmenteFc diminue

RVS diminue

Interprétation de la PA (2)

• interactions cardio-pulmonaires

• indice de précharge

Pression

des voies

aériennes

Pression

artérielle

120 mmHg

0 mmHg

30 cmH2OPression

des voies

aériennes

Pression

artérielle

120 mmHg

0 mmHg

30 cmH2O

PAS

PAD

PAM

PP

Étude du SNA à travers la

variabilité du rythme cardiaque

N. Montano et al. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 33 (2009) 71–80

HF

arythmie sinusale respiratoire

tonus para Σ

LF

tonus Σ et para Σ

Particularités de l’enfant

Adaptation du système cardiovasculaire:

QC = VES x FC

principal moyen d’adaptation à une baisse de la précharge, rapidement dépassé

si tachycardie excessive: raccourcissement de la diastole → diminution du remplissage

ventriculaire et du QC

Particularités de l’enfant

Réponses hémodynamiques à

l’hémorragie chez l’enfant

Chamaides L. Pediatric ALS, 1990

Débit cardiaquePression artérielle

140

100

60

20

0 25 50 75 Spoliation sanguine (%)

Variation (%)

40 %

Résistance vasculaire

Pertes sanguines

Signes cliniques < 20 % 25 % 40 %

Cardio-vasculaires pouls filant

tachycardie

pouls filant

tachycardie

hypotension

tachy/bradycardie

Cutanés peau froide

TRC 2-3 s

extrémités froides

cyanose

pâle

froid

Rénaux oligurie modérée oligurie nette anurie

Neuropsychiques Irritable

agressif

confusion

léthargie

coma

Hypotension chez l’enfant = signe tardif

Rasmussen G et coll. Int Anesthesiol Clin 1994 ; 32 : 79-101

Implications anesthésique

• agir avant l’hypotension

• anticiper les pertes sanguines (RAI à jour, commande de CG)

• voie veineuse dédiée

• accélérateur de perfusion

3 kg 10 kg 20 kgAdulte

70 kg

25 % masse

sanguine65 ml 200 ml 400 ml 1250 ml

Hb Précharge

Sa O2 Contractilité myocardique

Pa O2 Postcharge

Volume Fréquence

Systolique cardiaque

Contenu

Artériel

en O2 Débit Résistance

cardiaque vasculaire

Transport Pression

d’oxygène artérielle

Transport d’oxygène

Hémoglobinémie et hématocrite

en fonction de l’âge

nné 2 sem 1 m 2 m 3 m 6 m 12 m

Hb

g/100ml

Ht %

17,9

±2,5

56

± 9,5

15,6

±2,6

46

±7,3

14,2

±2,1

43

±5,7

10,7

±0,9

31

±2,6

11,3

±0,9

33

±3,3

12,6

±0,7

36

±2,5

12,7

±0,7

37

±2,0

Moyenne ± DS

Hémoglobine

• Hb du nouveau-né = 60-80 % HbF

• Hb A majoritaire à 3 mois

• À 6 mois, répartition de Hb identique à

l’adulte :

– HbA = 98 %

– HbA2 = 2 %

– HbF = traces

Système respiratoire

Adaptation respiratoire a la

naissance

• Elimination des liquides intra-pulmonaires (accouchement par voie basse)

• Aération des alvéoles pulmonaires : dépression considérable 40-80 mmHg

• Établissement de la CRF au cours des premières inspirations : 60 à 100 ml

• Maintien des alvéoles ouvertes en fin d’expiration : activité télé expiratoire du diaphragme + FREIN SOUS-GLOTTIQUE + surfactant

Mécanique ventilatoire chez le

nouveau-né

• Compliance pulmonaire faible à la naissance : 5

ml/cm H2O (200 ml/cmH20 chez l’adulte)

• Compliance de la paroi thoracique très élevée

• Rôle des intercostaux dans le maintien de la

stabilité de la cage thoracique

• Résistances pulmonaires totales élevées (25-35

cm H2O) liée à l’étroitesse des voies aériennes

supérieures et des bronches

• Fatigabilité du diaphragme

Paramètres ventilatoires chez le

nouveau-né

Nouveau-né Adulte

CRF (ml/kg) 25-30 30-35

Ventilation alvéolaire

(ml/kg/mn)100-150 60

Volume courant (ml/kg) 6-8 5-7

Fréquence 30-60 16-20

Surface alvéolaire (m2) 2,8 70

Production de CO2

(ml/kg/min)5 2,5

Implications anesthésiques

• Ventilation contrôlée : pressions d’insufflation identique à

l’adulte, fréquence augmentée

• Ne pas laisser un nouveau-né en ventilation spontanée

sur une sonde trachéale : suppression du frein

expiratoire + augmentation des résistances et de

l’espace mort

• Faibles réserves en oxygène

Réponse ventilatoire à l’hypoxie et

à l’hypercapnie

Ventilatory response rate (L/min2) Increase in ventilation, integrated

during 45 s (%)

d2 w8 d2 w8

Hypercapnia 1.50 (0.48–1.74) 1.95 (1.32–2.46) 13.5 (11.1–14.7) 13.4 (9.3–17.0)

Hypoxia 0.33 (0.24–0.60) 1.38 (0.66–1.80) 3.6 (1.7–8.9) 7.6 (6.4–9.9)*

Hypercapnic

hypoxia

1.23 (0.72–1.92) 4.95 (3.18–6.54) 15.6 (14.9–20.8) 20.7 (17.4–24.9)†

Data from 26 term infants.

Sovic S, Lossius K. Pediatr Res 55: 302–309, 2004

Particularités des voies

aériennes supérieures

• Respiration nasale : jusqu’à l’âge de trois mois

• Intubation délicate : petite bouche, grosses langue, épiglotte longue et rigide, larynx haut et antérieur

• Diamètre trachée du nouveau-né : 6 mm

• Région sous-glottique étroite : risque de sténose post-traumatique

• Trachée courte : 4-5 cm - risque d’intubation sélective

• Cartilages trachéaux mous : attention à la position

LangueGrosse par rapportÀ la cavité buccale

ÉpiglotteÉtroite, plus courte, en

USe projetant au dessus du larynx

LarynxSitué plus haut (C3-C4)Angulé et plus antérieur

CricoïdeÉtroit et conique

TrachéeDéviée vers le bas

et l’arrière

Comparaison larynx adulte/enfant

Comparaison larynx adulte/enfant

Axes oraux (O), pharyngés (P) et trachéaux (T) et position de la tête chez l'enfant

Position normale :les 3 axes divergent

Surélévation de la tête: T et P s'alignent

Sniffing position :les 3 axes s'alignent

Axes oraux (O), pharyngés (P) et trachéaux

(T) et position de la tête chez l’enfant

Différence chez le nourrisson

MASQUES FACIAUX

T1Nouveau-né

15 mm

T2Nourrisson

15 mm

T3Jeune enfant

22 mm

T4Enfant

Adolescent22 mm

Importance matériel adapté

0PrématuréNouveau né

1= 1an

21 à 6 ans

MILLER MACINTOSH

1= 1an

2= 6 ans

3= 6 ans

Longtemps proscrites, attitude modifiée récemment

Validé en anesthésie, réanimation

pédiatrique

Deakers TW. J Pediatr 1994

Khine HH. Anesthesiology 1997

Orliaguet G. Paed Anaesth 2001

Sonde à ballonnet ?

488 nouveau-nés et enfants < 8 ans intubés après randomisation avec une

sonde avec ou sans ballonnet

Taux de complications: 1,5% dans les deux groupes

0

5

10

15

20

25

% réintubation

Khine HH. Anesthesiology 1997

23%

1%

Sonde sans ballonnet

Sonde avec ballonnet

Taille sonde :

sans ballonnet: DI mm = [(âge en années / 4) + 4

avec ballonnet: DI (mm) chez l’enfant > 1 an

=

[(âge en années / 4) + 3, 5]

Ou Poids/10 + 3

Distance arcades dentaires ou narine:

Repère sonde bouche: DI X 3 + 1 cm ou âge/2+12cm

Repère sonde narine: âge/2 + 15 cm

Khine HH. Anesthesiology 1997

Duracher C. Paed Anaesth 2008

Quelques formules utiles…

• Respiration paradoxale dés l’induction

• Obstruction des voies aériennes

• Atélectasies (intérêt application PEP)

• Captage et élimination des agents anesthésiques plus rapides chez le jeune enfant

• Risque d'apnées centrales, obstructives ou mixtes (surveillance prolongée)

Autres implications cliniques

Comparaison valeurs normales de la

fonction pulmonaire chez le nouveau-

né et l’adulte

Nouveau-né Adulte Accroissement

Poids Poumons

(g)

50 800 15

Nombre alvéoles 24 X 106 300 X 106 12

Diamètres

alvéoles (µ)

50 200- 300 4-6

Surface

pulmonaire (m2)

2-8 65-75 30

VO2 (ml/kg/min) 6-6,5 3,5 0,5

Paroi thoracique :

Compliance

élevée

Majoration de l’effort

inspiratoire pour créer

négativation pression

pleurale impliquant

muscles intercostaux

Paroi thoracique :

Compliance élevée

Poumon :

Compliance

basse

Paroi thoracique :

Compliance élevée

Poumon :

Compliance

basse

A l’équilibre :

- diminution de la CRF

- fermeture des

petites voies aériennes

Volume de fermeture > CRF

Paroi thoracique :

Compliance élevée

Poumon :

Compliance

basse

A l’équilibre :

- diminution de la CRF

- fermeture des

petites voies aériennes

Volume de fermeture > CRF

Activité

diaphragmatique

post-inspiratoire

1. Empêche expiration

complète (conserver

une pression positive

intra-pulmonaire télé-

expiratoire)

Paroi thoracique :

Compliance élevée

Poumon :

Compliance

basse

A l’équilibre :

- diminution de la CRF

- fermeture des

petites voies aériennes

Volume de fermeture > CRF

Activité

diaphragmatique

post-inspiratoire

2.Limitation du

diamètre laryngé

(expiration)

Mécanique ventilatoire

Nouveau-né/Nourrisson Adulte

Compliance

pulmonaire (V/P)

ml/cmH2O

5/8 140-200

Résistances

pulmonaires

cmH2O/l/s

30 3

Constante de temps 3T pour expirer 95% du VT (Ti=3T)

Croissance et maturation pulmonaire jusqu’à 2 ans

Particularités ↓ avec l’âge, adulte = 8 ans

Mécanique ventilatoire:

Compliance thoracique élevée/ Compliance pulmonaire réduite

Résistances pulmonaires totales élevées (petit calibre des VA)

Diaphragme: résistance à la fatigue limitée

Particularités physiologiques

Volumes pulmonaires et débits

pulmonaires

Nouveau-né Adulte

ml ml/kg ml ml/kg

VT 20 7-9 450 6-7

VD 7 2,5 150 2

VT /VD 0,3 0,3

CRF 90 30 2400 34

Vmin 650 200 7000 100

VA 400 140 4200 60

VA/CRF 5 1,4

FR 35-40 12-16

Croissance et maturation pulmonaire jusqu’à 2 ans

Particularités ↓ avec l’âge, adulte = 8 ans

Mécanique ventilatoire:

Compliance thoracique élevée/ Compliance pulmonaire réduite

Résistances pulmonaires totales élevées (petit calibre des VAS)

Diaphragme: résistance à la fatigue limitée

Rapport VA/CRF élevé (Ventilation alvéolaire élevée en réponse à une consommation en O2 augmentée)

• Adulte: 1,4

• Nourrisson: 5

Particularités physiologiques

Particularités physiologiques

14-2016-2218-2420-2422-3024-38FR

> 1410 à 147 à 94 à 61à 3< 1Age

14-2016-2218-2420-2422-3024-38FR

> 1410 à 147 à 94 à 61à 3< 1Age

Faible réserve en oxygène

Fréquence respiratoire élevée

pour assurer VA

• Centres de contrôle:

tronc cérébral

• Effecteurs:

– Muscle respiratoire

– Assure ventilation

• Récepteurs: recueillent

l’information

– Chémorécepteur

– Barorécepteur

Contrôle central de la ventilation

Immaturité centres respiratoires

Modifications réponse à l’hypoxie et l’hypercapnie

Application en anesthésie

pédiatrique

Rapidité de survenue des désaturations

•

Faible réserve oxygène: CRF « réduite », volume de

fermeture plus élevé

Aggravation en décubitus dorsal et sous AG

Groupe 0-

6 mois

Groupe 7-

23 mois

Groupe 2-

5ans

Groupe

6-10

ans

Groupe

11-18

ans

Durée apnée

en secondes

(passage

SPO2 de 99%

à 90%)

Patel R CJA

1996

96.5s 160.4s 382.4s

Dupeyrat

AA1994

70-90s

Durée apnée en fonction de l’âge

Morrison JE. Paediatr Anaesth 1998

FiO2 1 (6 L/min) => FEO2 0,9 (non atteint chez 6 enfants)

Durée de pré-oxygénation

Implications dans pratique de l’anesthésie pédiatrique

Conclusion

Particularités physiologiques marquées chez le

nouveau-né et le nourrisson