PropriPropri ééttéés physiques des anesths physiques des anesth éésiques volatilssiques volatils

VaporisationVaporisation

Pr M. Beaussier – Pr A. LienhartCHU St-Antoine – ParisUniversité Pierre et Marie Curie. Paris 6

marc.beaussier@sat.aphp.fr

La vaporisation dépend de :

• Pression de vapeur saturante (PVS)

• Point d’ébullition

• Chaleur latente de vaporisation

Vaporisation des agents anesthVaporisation des agents anesth éésiques volatilssiques volatils

pression de la vapeur au dessus de son liquide à l’état d’équilibre

température à laquelle la PVS est égale à la Patmosphérique

chaleur requise pour transformer 1 gr d’agent liquide en sa vapeur

La vaporisation d’un gaz est facilitée par :

Un faible point d’ébullition

Une forte PVS

Une faible chaleur latente de vaporisation

Un balayage important par le gaz vecteur

Une grande surface d’évaporation

Une température élevée

La pression de vapeur saturanteLa pression de vapeur saturante

700

desflurane

1,190

700

157

sévoflurane

5

20

157

% maximalde vaporisation

VaporisationVaporisationun exemple de calcul avec le Sévoflurane

à 20°C et à Patm, 1 gr de sévoflurane fournit :

1 Mole = 22, 4 litres de vapeurs (loi d’Avogadro)poids d’une mole = poids moléculaire ( = 200 gr pour le sévo)Densité liquide sévoflurane = 1,46

[1/200] x 22400 x [293/273] = 120,2 ml de vapeur

Consommation horaire :

Pour un débit de 10 l/min et une concentration affichée de 1%Quantité de vapeur à fournir = 100 ml/h = 6 litres/h6000/175,5 = 34,2 ml/h de sévoflurane

à 20°C et à Patm,

1 ml de vapeur : 1000/120,2 = 8,3 mg de sévoflurane (densité de vapeur)1 ml de liquide : [1x1,46] / 200 x 22400 x 293/273 = 175,5 ml de vapeur

Principes du vaporisateurPrincipes du vaporisateur

Sévoflurane liquide à 20°C

Pour vaporiser une concentration de1%, il faudra : 10100 ml x 1/20 = 505 ml/min, ce qui correspond à la vaporisation de 0,57 ml/min

20% de sévoflurane

505 m

l

9595 ml95

95 m

l

405 ml

La point dLa point d ’é’ébullitionbullition

Desflurane = 22,8°C

Sévoflurane = 58,5°C

Isoflurane = 48,5°C

Vaporisation du Suprane

Nécessite unvaporisateur spécial

Système dechauffage

Généralités sur la vaporisation des AAH

1 vaporisateur spécifique pour 1 agent spécifique

Valve pour compenser les variations de températures

Problème du Desfluranechauffage à 39°C

Le gaz se refroidit en s’évaporant

Attention aux retournements des évaporateurs

Liquide dans la ligne d’air : fortes concentrations

Pharmacologie du Protoxyde dPharmacologie du Protoxyde d ’’AzoteAzote

Pr M. Beaussier – Pr A. LienhartCHU St-Antoine – ParisUniversité Pierre et Marie Curie. Paris 6

marc.beaussier@sat.aphp.fr

Protoxyde d’Azote

Propriétés physicochimiques

• Gaz incolore, inodore de saveur un peu sucré

• Très faible solubilité dans le sang (0,46)

• Plus dense que l’air → se dirige vers le sol

• C’est un comburant (attention avec laser)

• Pratiquement pas métabolisé

Protoxyde dProtoxyde d ’’AzoteAzote

Propriétés anesthésiques et analgésiques

• CAM = 104%

• Addition de la CAM avec les autres agents

• Potentialisation

• CAM éveillée = 60% de la CAM

• Effets analgésique à partir de 10%. (correspond à 15 mg de morphine)

• Tolérance progressive

Protoxyde dProtoxyde d ’’AzoteAzote

Effets généraux

Effets cardiovasculaires

Dépression myocardique – baisse du débit cardiaque selon tonus ∑Stimulation sympathique – mais effets dépresseur en associationVD cérébrale

Effets respiratoires

↗ FR avec ↗ volume courant. Ventilation minute ↗ jusqu’à 1,5 CAM

Administration des agents inhalatoires

de l’évaporateur…. au site actif….

Fd

Finspi

FalvBeaussier 2006

Constante de temps (α)

8

2αααα = = = 4 min

V

Q.

En unités concordantes c'est le rapport

Volume de la capacité (V)

Débit vecteur (Q). s ’exprime en minutes

Capacité :V = 8 l

J CC0

Débit vecteur : Q = 2 l/min.

C0

Beaussier 2006

Constante de temps (α)

C

C0

(%)

Temps (min)

10095

86,5

63,2

50

0

C = C0 (1- e )- t / αααα

3αααααααα 2αααα

0 2 4 6 8 10 12 14

Beaussier 2006

Pharmacocinétique des agents par inhalation

Pulmonaire Circulatoire Tissulaire

Trois étapes

Beaussier 2006

ÉÉtape pulmonairetape pulmonaire

Capacité = Volume Pulm

J

Débit vecteur = VA

.

αααα = VP / VA

.

Calv = Cinsp (1- e )- t / αααα

Cinsp Calv

Beaussier 2006

Pharmacocinétique des agents par inhalation

Pulmonaire Circulatoire Tissulaire

Trois étapes

Beaussier 2006

Cinétique des Agents Anesthésiques Inhalatoires

Préambule

Ne pas confondre concentration et quantité transférée dans l’organisme

Un produit peu soluble donne lieu à une forte concentrationcar son volume de diffusion est très faible

L’équilibre est vite atteint dans les tissus richement vascularisés car le débit est fort et le volume de diffusion est faible (cerveau)

Moins le produit est soluble, moins il passe les membranes

La concentration alvéolaire reflète la concentration cérébrale

ÉÉtape circulatoiretape circulatoire

La quantité d'agent anesthésique quittant l'alvéole =

(QT - Qsh ) x DAV

ou (Q T - Qsh ) x (FA - Fv) λλλλs

. .

. .

λλλλs = coefficient de solubilité dans le sang

Beaussier 2009

Solubilité des Agents Anesthésiques dans le sang

λλλλ

N 0 0,47

Isoflurane 1,43

Enflurane 1,78

Halothane 2,4

Méthoxyflurane 13

S

2

Sévoflurane 0,69

Desflurane 0,42

Beaussier 2006

Uptake du N20

800

400

200

100

50

0 10 20 30 40 50 min

ml / min

d'après Severinghaus 1954

Protoxyde dProtoxyde d ’’azote et effet concentrationazote et effet concentration

Lorsque la fraction inspirée est élevée, le débit de gaz quittantl’alvéole n’est pas négligeable. Pour que Vexp = Vinspi, il y a une augmentation du Vinspi

Accélération de l’équilibre de concentrations

Quand un agents halogéné est associé, cette accélération del’équilibre = effet deuxième gaz

Effets concentration / Effets concentration / effet second gazeffet second gaz

80%

19%

1%

1,7%

captation N2O

31,7%

66,7%inspiration

80% N2O19% O21% AAH

1,4%

N2O

O2

AAH

72%

26,6%

explication

Effet concentrationdémonstration

patients intubés / ventilés - hémodynamique stable

Taheri. Anesth Analg 1999

Pharmacocinétique des agents par inhalation

Pulmonaire Circulatoire Tissulaire

Trois étapes

Beaussier 2006

étape tissulaire

J

Débit vecteur = Qtis . λλλλs Capacité = V tis . λλλλtis

.

αααα = V tis . λλλλtis / Qtis . λλλλs.

Fa Fv

(V tis / Qtis ) x (λλλλtis / λλλλs).

Individu Agent

Beaussier 2006

Niveau dans la baignoire

De l'ordre de :

VA.

Q X λλλλs.

Niveau dans la baignoire

De l'ordre de :

VA.

Q X λλλλs.

Agent peu solubleAgent très soluble

Description de la pharmacocinétique des AAI

Analogie hydraulique

d'après Mapleson

Agent peu soluble

CRF

TRV

TG

TPV

Agent soluble

VA . FI

Qtis . λλλλs

.

.

Vtis . λλλλtis

FE

Ftis

Beaussier 2006

Etape TissulaireRapports Vtis / Qtis (d'après Mapleson)

Dénomination Volume Débit V / Q

(l) (l.min ) (min)

V / Q < 5 min TRV 6 4 1,5

V / Q < 60 min TM 34 1,2 28

TG 12 0,3 47

V / Q > 60 min TPV 11 0,07 160

-1

.

.

.

.

.

Beaussier 2006

Conséquences

L'équilibre est d'autant plus rapide que

. le tissu considéré est richement vascularisé

. l'agent anesthésique est peu soluble dans l'organ isme

Falv et concentrations cérébrales en AAH

d’après Lockhart et al. Anesthesiology 1991

0

20

40

60

80

100

avarrêt

6-12min

18-24min

30-42min

isoflurane desflurane

*

** * *

arrêt administrationCc/Fa0 (%)

idem pour tous les agents

Beaussier 2007

Principaux facteurs de variation

• Le débit cardiaque

• La ventilation

• L'admission veineuse

• Le circuit

Beaussier 2006

Variations du débit cardiaque

Halothane

Isoflurane

N2OFA/FI (%)

100

50

0

Temps (min)

0 10 20 0 10 20 0 10 20 30

9 l/min3

9

6

3

9

6

3

d'après Deriaz et Lienhart 1987

Variations de la ventilation

Halothane

Isoflurane

N2OFA/FI (%)

100

50

0

Temps (min)

0 10 20 0 10 20 0 10 20 30

3 l/min

9

3

6

9

3

6

9

d'après Deriaz et Lienhart 1987

Constantes de temps supplémentaires

Le circuit :

.Entrée du circuit = V cir / Vgf

Sortie du circuit = V cir / VA.

Donc fonction de V gf / VA. .

Pharmacocinétique des AAI

Influence du circuitInfluence du circuit

Circuit « ouvert » : DGF = Ventilation

Circuit « semi-fermé » : DGF< Ventilation

Circuit « fermé » : DGF = besoin apport oxygène

réinhalation

Absorbeurs de CO2

Le débit de gaz frais va influencer le rapport entre Fd et Fi

Fi est d’autant plus proche de Fd que le circuit est ouvert

Effet du débit de gaz frais sur la concentration inspirée

121086420

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1co

ncen

trat

ion

insp

irée

(vol

%)

aprè

s 30

min

débit de gaz frais ( l / min )

VE = 6 l / min

Fd = 1 vol%

.

..FI = 1/2 de Fd pour Vgf = VE / 5

ici pour 6 / 5 soit 1,2 l / min FI = 3/4 de Fd pour Vgf = 0,6 x VE

ici pour 3,6 l / min

. .

isoflurane

100

0

50

N2Oλλλλ = 0,47

FA

FA0(%)

durée d’administration15 à 240 min

0 40 80 120

Cinétique d’élimination du N20

LL’’hypoxie de diffusion = Effet Finckhypoxie de diffusion = Effet Finck

Lors du réveil, à l’arrêt du protoxyde d’azote, un volume important revient dans l’alvéole

Dilution des autres gaz présents, dont oxygène

Risque d’hypoxie si FiO2 trop basse

Protoxyde dProtoxyde d ’’AzoteAzote

Toxicité

Activité sur la méthionine synthétase

Effets rapide (30 min) et de longue durée (24h)Défaut d’incorporation de la thymidine dans l’ADN (d-U test)Carence en vit B12 (cicatrisation, cellules sanguines, tissu neurologique…)Hyperhomocystéïnémie (risque cardiovasculaire)

Traduction clinique ? Attention si expositions répétées / sujets dénutris…

Action sur les cellules sanguines

Leucopénie, anémie mégaloblastique (vit B12), ↗ immunité (granulopénie)

Attention si expositions prolongées (> 24h)

Inhibition de la Methionine synthétase

Inhibition de la synthèse des folates↗ homocystéïne

Toxicité du Protoxyde d’Azote

Patients à hauts risques CV – durée chirurgie = 4,5h

FMD = Flow Mediated DilationGarrot et mesure du artère brachialeÉvaluation de la fonction endothéliale

0

2

4

6

8

10

12

14

16

preop postop

N2O Cont

*

homocystéïnémie

0

5

10

15

20

SSPI H48

N20 Cont

**

* p<0,05 vs Cont

homocysteïnémie (µM/l)

0

20

40

60

N2O Cont

incidence d’ischémiepostopératoire (%)

*

• chirurgie de l’oreille moyenne, chirurgie ophtalmologique, traumatisme thoracique avec risque de

pneumothorax

• sinus faciaux non communiquant avec les voies aériennes

• occlusions digestives et éventrations.

Protoxyde dProtoxyde d ’’AzoteAzoteContre-Indications

- patients ayant carence folates / B12

- expositions répétées sur de courtes périodes

- chirurgie ORL au laser

- chirurgies à risques d’embolies gazeuses

(cœlioscopie / chirurgie cardiaque….)

Protoxyde dProtoxyde d ’’AzoteAzotePrécautions d’emploi

Protoxyde dProtoxyde d ’’azote et convalescence postopazote et convalescence postop éératoireratoire

Myle P. et al. Anesthesiology 2007

Time for discharge from PACU (min) 84 [64-120] 92 [65-125] *

Quality of recovery at 24h 12.2 ± 3.4 11.9 ± 3.9 *

Severe nausea or vomiting 10% 23% *

Wound infection 7.7% 10% *

Fever 28% 34% *

Pneumonia 1.5% 3.0% *

Any major complications 16% 21% *

Duration of hospital stay (D) 7.0 [4-10] 7.1 [4-11.8]

without N2On=997

with N2On=1015

Chirurgie majeure > 2h80 02 vs 30% 02 + 70% N20

Faut-il utiliser du Protoxyde d’azote ?

OUI NON

Pollution atmosphérique

NVPO

Dilatation cavités creuses

Coût

Toxicité

Potentialisation

Protection mémorisation

Effet analgésique

Effet anti-hyperalgésique

Cinétique très rapide