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Nouveautés en ventilation: Fermeture des voies aériennes et recrutement alvéolaire 07/03/2022 – Journée nationale du DESC de Réanimation Pr Rémi Coudroy Médecine Intensive Réanimation, CHU de Poitiers INSERM CIC 1402, groupe ALIVE, Université de Poitiers
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Fermeture des voies aériennes Une « nouveauté »?
JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY Vol. 29, No. 3, September 1970. Printed in U.S.A. Site of airway closure in excised dog lungs: histologic demonstration 1.7 mm de la plèvre Coupes sériées PLÈVRE Fin d’expiration J. M. B. HUGHES, D. Y. ROSENZWEIG, AND P. B. KIVITZ Departments of Medicine and Radiology, Royal Poslgraduate Medical School, Hummersmith ffospita~, London, W 12, England HILE HUGHES, J. M. B., II. Y. KOSENZWEIG, AND P. B. KIWTZ. Site sf mm id microscopically after rapidly freezing the surface of airway closure in excised dog lungs. histologic demonstration. J. Appl. lung at Ptp -6 cm HzO; with serial sections we followed Physiol. 29(3) : 340-344. 1970.pOn deflation expul:,ion of gas changes in the caliber of the lumen of bronchioles. ceases in excised lungs when pleural pressure exceeds airway pres- sure (negative transpulmonary (Ptp) pressure) by 2-4 cm H20. ‘The remaining air is trapped in the lung, presumably by closure of METHODS airways. We investigated the site of airway closure in two ways. Greyhound dogs were anesthetized with intravenous First, we outlined the bronchi with dye or lead dust and took X-rays at Ptp -6 cm Hz0 MThen gas was trapped. Airways down thiopentone (0.4-0.6 g) and heparinized (2000 IU/kg). to 1 mm id were patent. Second, we rapidly froze the lung surface After exsanguination the left lungs were removed, perfused, with liquid Freon at Ptp -6 cm &O and in a cryostat chamber and ventilated as described (4). Lungs were placed horizon- cut sections 20 p thick serially through the outer 2-3 mm of lung tally in a Lucite box. Volume changes were recorded on a tissue, photographing the cut surface as we did so. We observed 2-liter bell spirometer and transpulmonary pressure changes that airway closure occurred in terminal bronchioles (approxi- with a water manometer. Airway pressure remained at mately 0.4-0.6 mm id when fully inflated) and we measured the atmospheric; pleural pressure was changed by altering the length of the closed segment (0. I-l .O mm). pressure in the box. Absolute lung volume was not meas- ured. Unless specifically mentioned the same volume history bronchial P-II relations; b ronchography; bronchioles; lung freez- was used for all measurements. The lung was inflated maxi- ing; minimal lung volume; trapped gas in the lung mally by lowering the pressure in the box to -24 cm Hz0 and then ventilated for 3-4 Hughes breaths fromJ Appl10 Physiol to 15 cm 1970Hz0 transpulmonary pressure (Ptp). The lung was next slowly inflated from Ptp 5 to 21 cm Hz0 and transpulmonary AIRWAY CLOSURE in lungs at low volumes has been inferred pressure and volume changes were recorded as the lung from several studies (l-3, 10). Nunn et al. (IO), for ex- was deflated to a negative Ptp of 6 cm HZO. Expulsion of ample, found that desaturation occurred in some normal. gas ceased between Ptp -2 and -4 cm HZO.
Un phénomène dynamique Figure 3. CT slices (top row) and 3D rendering of a single terminal airway (bottom row) demonstrating closure as airway pressure is reduced. PE positive end-expiratory pressure, ZEEP = zero end-expiratory pressure. Il existe une pression de fermeture/d’ouverture des voies aériennes Broche Crit Care Med 2019
Pour comprendre: rappel sur la compliance Définition mécanique: « Dilatation volumique en fonction ∆ d’une variation de pression » = ∆ Equation du mouvement du système respiratoire (1929) Pour mesurer la compliance, il faut s’affranchir de la P = ! + "#$ + #% pression résistive (et donc du débit) ̇ P = ! + ×ℛ + +
Courbe pression-volume quasi-statique Débit inspiratoire faible P = ! + ~0̇ ×ℛ + + Pente de la courbe = compliance Mankikian Crit Care Med 1983
pliance, When the lung model is assumed to be fully and/or recruited, it has a compliance of 50 ml/cm H2O re then which is constant up to a Pel of 14 cm H2O. At that is, higher pressures the compliance falls and etween approaches zero at a fictive maximum volume or less of 1500 ml. The “ideal” Pel–V curve represent- flection ing the fully recruited lung is shown in fig 3. le over n vari- Concept historique Each of the 100 lung units has an identical Pel–V curve if the unit is recruited. For simplicity h pres- ance— 1600 1200 nflation Volume (ml) 800 400 AT 27 20 0 0 10 20 30 40 50 Pel (cm H2O) ined Jonson Thorax 1999 The Figure 2 The elastic pressure–volume (Pel–V) curve ows that recorded over an extended volume range from a patient with een that acute lung injury. The smooth curve is calculated according followed to a three segment model. The dotted line represents the extrapolation of the linear segment of the Pel–V curve.
was considered. In six patients the lower inflection point was HU. In co detected only on the lung P–V curve, whereas in two the lower lower infl « Poumon collabé en dessous du LIP » ? TABLE 2 OVERDISTENDED, AERATED, PO ORLY AERATED, AND N O NAER WITH AND WITHOUT LO WER INFLECTIO N POINT AT ZEE Lower Inflection Point ZEEP PEEP 1 PEEP 2 Total volume, ml 1 2,508 6 660 3,136 6 944 3,341 6 9 2 2,614 6 710 3,578 6 742 3,993 6 8 N ormally aerated 1 649 6 723 1,330 6 1,222 1,681 6 1 volume, ml 2 1,458 6 642 † 2,605 6 605 2,959 6 7 Poorly aerated 1 972 6 327 1,062 6 456 1,121 6 5 volume, ml 2 603 6 271 † 533 6 142 495 6 1 N onaerated 1 866 6 419 739 6 463 534 6 2 volume, ml 2 538 6 118 351 6 139 306 6 9 Non, majorité du O verdistension poumon est 1 aéré malgré Paw 263 < LIP !6 6 10 15 6 2 volume, ml 2 16 6 19 94 6 95 234 6 2 Vieira Am J Respir Crit Care Med 1999 Definition of abbreviations: aerated 5 lung volume characterized by densities rang point: 1 5 present, 2 5 absent; nonaerated 5 lung volume characterized by densities r lung volume characterized by densities ranging between 21,000 and 2900 HU; PEE
ESSURE HYSTERESIS a VOLUME ML « LIP causé par excès de pression pleurale » ? e 0 IO r m Volume (mL) . FIG. 5. Saline (solid line) and air (dotted Pressionline) volume- (mmHg) l pressure plots obtained in excised dog lungs. o Non, le LIP existe dans un modèle animal ex-vivo (poumons explantés) w As the number of units sharing a given volume Mead J Appl Physiol 1957 increases, the over-all pressure difference f decreases. All inflation pressures must there- f fore be greater than deflation pressures at
« Nouveauté »: Réinterprétation de la courbe 450 400 Quelle est la compliance à ce niveau de pression? 350 Volume (mL) 300 250 200 2.4 mL/cmH2O 150 100 16 cmH2O Compliance du circuit testé! 50 38 mL 0 0 5 10 15 20 25 Airway pressure (cmH2O) Chen Am J Respir Crit Care Med 2018
Hypothèse 450 400 Pression d’ouverture des Gaz comprimés voies aériennes (AOP) 350 dans le circuit Volume (mL) 300 250 200 Voies aériennes complètement 150 fermées 100 50 0 0 5 10 15 20 25 Airway pressure (cmH2O) Chen Am J Respir Crit Care Med 2018
Illustration 450 400 350 Volume (mL) 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 Airway pressure (cmH2O) Chen Am J Respir Crit Care Med 2018
Identifier la fermeture des voies aériennes 1) Pas d’effort respiratoire 2) PEEP 5 cmH2O 3) Baisser la fréquence respiratoire à 8/min 4) Attendre que Vti=Vte Fonction courbe PV bas débit Courbe Pression-temps avec inspiratoire du ventilateur débit < 10 L/min
Courbe Pression-temps bas débit Début de la courbe de Paw linéaire = Pas de fermeture des voies aériennes
Courbe Pression-temps bas débit AOP Inflexion au début de la courbe de Paw = Fermeture des voies aériennes
* COVID Épidémiologie Référence N= Prévalence AOP (cmH2O) Yonis Am J Respir Crit Care Med 2018 65 32% 11 ± 3; 8 ± 1 Coudroy Intensive Care Med 2019 23 48% 9 [7-12] Chen Am J Respir Crit Care Med 2020 30% des patients Environ 45 33% 5 à 20 Coudroy Anesthesio 2020 AOP médiane ~ 8-1051cmH2O41% 10 [9-13] 30 40%* 8 [5-10] Haudebourg Am J Respir Crit Care Med 2020 30 11% 5 [5-9] Guérin J Appl Physiol 2020 25 52% 9 [8-15] Brault J Crit Care 2021 27 44%* 8 [7-10] Beloncle/Brault/Carteaux/Coudroy/Cour/Dres/ 272 25%* 7 [6-10] Pham/Piquilloud (non publié)
Conséquences mécaniques 1.0 A Flow (L/sec) 0.5 0.0 -0.5 50 B Paw (cmH2O) 40 1 ∆ = = 30 ∆ 20 10 DP et Elastance ↓ 0 (la compliance est meilleure) 2030 0 3040 10 4050 20 5060 30 60 40 50 60 Time (s) Time (s) Time (s) Coudroy Anesthesiology 2020
Conséquences lésionnelles possibles? Lésions bronchiolaires liées à l’ouverture et à la fermeture répétées des voies aériennes à chaque cycle respiratoire Muscedere Am J Respir Crit Care Med 1994 Lésions bronchiolaires décrites dans séries autopsiques Rouby Intensive Care Med 1993 Il faut probablement régler la PEP au dessus de la pression d’ouverture des voies aériennes
Recrutement alvéolaire Quelles nouveautés?
Rappel sur le concept de « baby lung » à PEEP 5 cm H2O Gattinoni Intensive Care Med 2005
Intérêt de recruter des alvéoles Y Y Risque de surdistension Risque de surdistension élevé moindre
Evaluation du recrutement alvéolaire Titration de PEP Gattinoni New Engl J Med 2006 Lu Crit Care 2006 Frerichs Thorax 2017 Suter New Engl J Med 1976 « Nouveauté »: évaluation au lit du malade sans autre dispositif que le respirateur (et une calculatrice)
Principe théorique (fin d’expiration) 30 mL/cmH2O Y Y ↑ PEPx 10 cmH2O Volume fin d’expiration EELV + (EELV) EELV + XX+ mL 300 mL
Patient « recrutable » (fin d’expiration) 30 mL/cmH2O Y Y ↑ PEP 10 cmH2O Volume fin d’expiration EELV + (30 mL/cmH2O x 10 cmH2O) (EELV) = EELV + 300 mL + XX mL
Patient « non recrutable » (fin d’expiration) 30 mL/cmH2O Y Y ↑ PEP 10 cmH2O Volume fin d’expiration EELV + (30 mL/cmH2O x 10 cmH2O) (EELV) = EELV + 300 mL + XX mL
Evaluation de la recrutabilité au lit du malade Sur 1 cycle respiratoire Y ↓ PEP 10 cmH2O Y Volume inspiré à PEP élevée Grand volume expiré EELV prédit: Compliance à PEP basse x ↓PEP Volume dérecruté éventuel
Volume dérecruté Dépend de l’importance de la baisse de PEEP Normaliser le volume dérecruté au ∆ PEEP é é = !"#$"% &é()*(#+é ∆
Compliance du poumon dérecruté Rapporter à la compliance à PEEP basse (baby lung) !"#$"% &é()*(#+é = ⁄ ,-,. /#%0 0.5 plutôt non recrutable R/I ratio plutôt recrutable
Mais s’il y a une fermeture des voies aériennes 50 50 40 40 Paw (cmH2O) Paw (cmH2O) 30 30 20 20 10 10 0 0 + ∆ ∆ ≠= 1-#+) 1-#+) −5− 2 ,-,. /#%0≠= ,-,./#%0 !/-+−− !/-+ + Pour le calcul du R/I ratio, il faut prendre en compte l’existence d’une fermeture des voies aériennes (et donc faire une courbe PV bas débit)
En pratique
PEEP 15, s’affranchir de l’auto-PEEP
Dérecrutement entre PEEP 15 et 5
Mécanique à PEEP 5 et courbe PV
Vti PEEP 15= 405 mL Grand Vte lors baisse de PEEP= 1217 mL A PEP 5, Pplat= 12 cmH2O https://rtmaven.com Pas de fermeture des voies aériennes https://app.sdrapps.fr/riRatio 400 !"# = 1217 − 405 − × 15 − 5 = 1217 − 405 − 571 = 241 12 − 5 241 $%&'%( )é!"#!&+é = = 24,1 / , 15 − 5 24,1 24,1 ⁄ = = = 0,42 400 57,4 (12 − 5)
Les « nouveautés » en ventilation Fermeture complète des voies aériennes Courbe pression-volume bas débit à PEEP 5 cm H2O PEEP > AOP? Le patient est-il « recrutable » ? R/I ratio (manœuvre de dérecrutement + courbe PV) Réglage de PEEP selon R/I ratio?
Merci de votre attention
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