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Physiologie Respiratoire

Guillaume Carteaux

Service de réanimation médicale, CHU Henri Mondor, Créteil

Groupe de Recherche Clinique CARMAS, Université Paris Est Créteil

Inserm U955, équipe 13, IMRB

[email protected]

Objectifs

Connaitre les principes de fonctionnement des principaux modes ventilatoires

– VAC

– VSAI

– (APRV)

Connaître les principes fondamentaux de mécanique respiratoire et d’interactions patient-ventilateur

– Equation de mouvement du système respiratoire

– Signification des pauses télé-inspiratoire et télé-expiratoire

– Effet de la modification de l’aide inspiratoire en VSAI

MALADE

VENTILATEUR

Pvent = 0

Pmus = 0

Trav

ail r

esp

irat

oir

e

VS VC Ventilation Assistée Contrôlée (VAC) Ventilation Pression Contrôlée (VPC)

Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire (VSAI)

VENTILATION INVASIVE

VENTILATION NON INVASIVE

trachée

plèvre

côte

muscle intercostal

diaphragme

poumons

1

2

3

4

. .

.

16

. .

.

24

. .

.

trachée

300.106 alvéoles

Zone de conduction

Zone d’échange

1

2

3

4

. .

.

16

. .

.

24

. .

.

trachée

300.106 alvéoles

Zone de conduction

Zone d’échange

Résistance

Compliance

𝑹

𝑪 = 1/E

Le modèle mono-compartimental

Résistance

Va’

Vb’

P P

P P

𝑅 =∆𝑃

𝑉′

(cm H2O/L/s)

0

2

4

6

8

10

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Pre

ssio

n (

cm H

2O

)

Débit (L/s)

Compliance = 1/Elastance

V

P

CRF

C = ΔP

ΔV

Ca

Cb

Ca

Cb

Volume

Pression

CRF

VR

CPT CV

0 cm H2O

Paroi thoracique

Poumons

Système thoraco-pulmonaire

1 ml/cm H2O

1 ml/cm H2O

P = 1 cm H2O

1 ml/cm H2O

P = 1 cm H2O

1 ml

1 ml/cm H2O

P = 1 cm H2O P = 1 cm H2O

1 ml

1 ml/cm H2O


1 ml = 2 ml 1 ml 1 ml

1 ml/cm H2O

2 ml/cm H2O


1 ml = 2 ml 1 ml 1 ml

C = 30 x

C = 30 ml/cm H2O C = 15 ml/cm H2O

1 ml/cm H2O

« baby lung »

poumons

plèvre

Paroi thoracique

Esyst respi = Epulmonaire + Eparoi

Epulm Eparoi

𝑹

𝑪


𝑹

𝑪


Débit, Volume

𝑷𝒂𝒘

Paw = Pression des voies aériennes

𝑷𝒎𝒖𝒔 Pmus = Pression musculaire des muscles respiratoires

𝑷𝒂𝒘

𝑷𝒎𝒖𝒔 Paw = Pression des voies aériennes Pmus = Pression musculaire des muscles respiratoires

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃𝑎𝑤𝑡 + 𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡

𝑷𝒂𝒘 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃0

𝑷𝒎𝒖𝒔 Paw = Pression des voies aériennes Pmus = Pression musculaire des muscles respiratoires


𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡

Pression résistive

𝑷𝒎𝒖𝒔


Paw = Pression des voies aériennes Pmus = Pression musculaire des muscles respiratoires

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Pression élastique

Pression résistive

𝑷𝒎𝒖𝒔



𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Pression élastique

Pression résistive

EQUATION DE MOUVEMENT DU SYSTÈME RESPIRATOIRE

𝑷𝒎𝒖𝒔



Δ V Compliance

Δ P

Résistance Δ P

V’

V

V’

Pmus

VENTILATION SPONTANEE

𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶


VENTILATION CONTROLEE

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶


V

V’ Paw

Δ V Compliance

Δ P

Résistance Δ P

V’

VENTILATION ASSISTEE

𝑃𝑎𝑤𝑡 + 𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶


V

V’ Paw

Δ V Compliance

Δ P

Résistance Δ P

V’

Pmus

Constante de temps (expiration passive)

V= V0 . e-t/τ

τ = R x C

R

C

V

t

VO

Inspiration Expiration

3τ = 96% V0

POUMON NORMAL EMPHYSEME

Poumon normal Emphysème panlobulaire

BPCO Bronchiole normale

CRF

Volu

me pulm

onaire

INSP

IRA

TIO

N

EXP

IRA

TIO

N

Volume courant

PEP

intrinsèque

Volu

me

Pression

Volume pulmonaire

de fin d’expiration

Hyperinflation dynamique

𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

0

0

0

10

0

0

Effort pour commencer à inspirer > 10 cmH2O

Principes de mécanique respiratoire

Equation de mouvement du système respiratoire

– 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

– 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑡 = 𝑃𝑎𝑤𝑡 + 𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡

Expiration passive – V= V0 . e-t/τ

– Constante de temps: τ = R x C

Hyperinflation dynamique – Auto-PEP= PEP intrinsèque – Augmente l’effort nécessaire pour inspirer

FiO2

Débit

Débit

P P

Gradient de pression

P P

Gradient de pression

Débit

FiO2 FiO2 PEP PEP

PRESSION

DEBIT

VOLUME

PRESSION

DEBIT

VOLUME

VAC VSAI

Vt FR AI

Ventilation assistée contrôlée

Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire

Insufflation Expiration

Niveau d’expiration

Déclenchement

Contrôle

Cyclage

VAC

VM = Vt x FR

Paw

V’


Déclenchement

Contrôle

Cyclage

Ventilation Assistée Contrôlée (VAC)

Principes de fonctionnement

OBJECTIF: Délivrer le

même volume courant réglé (Vt) à chaque insufflation à

une fréquence réglée (FR)

POUR UNE MACHINE: Délivrer un

volume, c’est délivrer un

débit pendant un temps

donné

Paw

V’


Déclenchement

Contrôle

Cyclage



Paw

V’

Temps: Fréquence respiratoire

Effort inspiratoire du patient



Déclenchement: Temps ou trigger inspiratoire



Paw

V’


Déclenchement

Contrôle

Cyclage



Paw

V’

Débit = 60 L/min = 1 L/s


Déclenchement

Contrôle

Cyclage



VENTILATEUR

VAC

𝑷𝒂𝒘 𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0


VENTILATEUR

VAC

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡

Pression résistive


VENTILATEUR

VAC

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Pression élastique

Pression résistive


VENTILATEUR

VAC

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Pression élastique

Pression résistive


INSPIRATION EXPIRATION

V’

Paw

VENTILATEUR

VAC

𝑷𝒂𝒘

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Pression élastique

Pression résistive


INSPIRATION EXPIRATION

Pression résistive

Pression élastique

Résistances = (Ppic – Pplat) / Débit

Compliance = Vt / (Pplat – PEP)

V’

Paw

V’

Expiration

incomplète

PEP intrinsèque Paw

pression

élastique

Pause télé-

expiratoire

PEP externe PEP totale

𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

pression

résistive

V’

Expiration

incomplète

Paw

PEP intrinsèque

Pause télé-

expiratoire


𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

pression

résistive


Compliance = Vt / (Pplat – PEPtotale)

pression

élastique

Pression de pic

Pression de plateau

V’

Expiration

incomplète

Paw

PEP intrinsèque

Pause télé-

expiratoire


𝑃𝑎𝑤𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

pression

résistive


Compliance = Vt / (Pplat – PEPtotale)

pression

élastique

« Driving pressure » Pression motrice

C = 30 x

C = 30 ml/cm H2O C = 15 ml/cm H2O

1 ml/cm H2O ∆𝑷 = 𝑽𝒕

𝑪

Amato M et al. N Engl J Med 2015;372:747-755

Pression

Débit

Augmentation des résistances

Augmentation des sécrétions bronchiques

Augmentation isolée de la pression de

pic

Pression

Débit

• Augmentation de la pression élastique (diminution de la compliance) • Pas de modification de la pression résistive

Atélectasie

Les pressions de pic et de

plateau augment

autant

Alarme de Pmax

Alarme de Pmax

Augmenter l’alarme de pression max pour que le volume courant soit délivré

… et faire le diagnostic

Conduite à tenir?

VENTILATEUR

Réglages Outils d’exploration

fonctionnelle

Interactions patient-ventilateur

t

Inspiration Expiration Patient

Insufflation Expiration Ventilateur

Niveau d’Assistance

Effo

rt r

esp

irat

oir

e

Synchronisation patient-ventilateur

Adéquation entre niveau d’assistance et besoin du patient

VENTILATEUR

VSAI

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑷𝒎𝒖𝒔

𝑷𝒂𝒘𝒕+ 𝑷𝒎𝒖𝒔𝒕 = 𝑷𝟎 + 𝑹 × 𝑽′𝒕 +

𝑽𝒕

𝑪


Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C)

VENTILATEUR

VSAI

𝑷𝒂𝒘

𝑷𝒎𝒖𝒔

PB

Paw

t

Inspiration Expiration Expiration

VSAI

FiO2 PEP AI

Trigger inspiratoire, trigger expiratoire, pente de pressurisation, alarmes

Insufflation Expiration


Déclenchement

Contrôle

Cyclage

Inspiration Expiration

VSAI Ventilation Spontanée avec Aide Inspiratoire

Paw

V’


Déclenchement

Contrôle

Cyclage

OBJECTIF: Maintenir un

niveau de pression

constant (AI) au cours de

l’inspiration du patient

LA MACHINE: Adapte le débit de gaz qu’elle délivre afin de

maintenir la pression de

consigne (AI) constante

VSAI

Paw

V’


Déclenchement

Contrôle

Cyclage

VENTILATEUR

VSAI

𝑷𝒂𝒘

𝑹 = ∆𝑷

𝑽′

𝑪 =∆𝑽

∆𝑷

𝑷𝒎𝒖𝒔

𝑷𝒂𝒘𝒕+ 𝑷𝒎𝒖𝒔𝒕 = 𝑷𝟎 + 𝑹 × 𝑽′𝒕 +

𝑽𝒕

𝑪


Pour une pression totale (Paw + Pmus) donnée, le volume de gaz qui entre dans le système dépend de ses propriétés mécaniques (R, C)

• Que se passe-t-il quand on augmente la pression d’AI dans les voies aériennes?

• Que se passe-t-il quand l’effort respiratoire augmente?

Débit

Pes

Paw

20 sec AI = 10 cmH2O PEP = 7 cmH2O


Débit

Pes

Paw

20 sec AI = 10 cmH2O PEP = 7 cmH2O

Vt

A niveau d’AI identique, plus le patient fait un effort important, plus le Vt

augmente, et plus le Ti augmente



Effo

rt r

esp

irat

oir

e

Effort en VSAI

Carteaux G et al. Crit Care Med 2015

Augmentation du niveau d’aide inspiratoire

Paw

V’

Paw

V’


Augmentation du débit d’insufflation

25%

Paw

V’



25%

Augmentation du volume courant

Paw

V’



25%

Augmentation du temps d’insufflation

Paw

V’



25%

Augmentation du temps d’insufflation

EMGd Diminution du temps expiratoire

V

Patroniti N et al. Intensive Care Med 2012;38:230-239

Volume courant et Temps d’insufflation en VSAI

V

P

Volume courant et Temps d’insufflation en VSAI

Patroniti N et al. Intensive Care Med 2012;38:230-239

AUGMENTER l’AI en VSAI

• Diminue l’effort respiratoire du patient

• Augmente le Volume courant • Augmente le temps d’insufflation • Diminue le temps expiratoire

Niveau d’Assistance Ef

fort

re

spir

ato

ire

V

olu

me

cou

ran

t Te

mp

s d

’in

suff

lati

on

P

V

t

VAC P

V

t

VSAI

Connaitre les principes de fonctionnement des principaux modes ventilatoires

Connaître les principes fondamentaux de mécanique respiratoire


Effo

rt

resp

irat

oir

e

Vo

lum

e

cou

ran

t Te

mp

s d

’insu

ffla

tio

n

Connaitre les effet d’une modification de l’assistance en ventilation assistée (VSAI)

𝑃𝑎𝑤𝑡 + 𝑃𝑚𝑢𝑠𝑡 = 𝑃0 + 𝑅 × 𝑉′𝑡 +

𝑉𝑡

𝐶

Principe de l’APRV

Ventilation en pression contrôlée

Le Vt délivré dépend de la compliance

C = Δ V

Δ P

Δ P Pression

Débit

Pression

Débit

Quand la compliance augmente

Le Vt délivré augmente

Principe de l’APRV

Ventilation spontanée

Ventilation en pression contrôlée

L’APRV autorise la ventilation spontanée du patient

Moins de sédation

Protection du diaphragme

APRV

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