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Interaction patient-ventilateur DESC Réanimation Médicale Marseille 2008 M. Gainnier Réanimation Médicale - Marseille.

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1 Interaction patient-ventilateur DESC Réanimation Médicale Marseille 2008 M. Gainnier Réanimation Médicale - Marseille

2 During mechanical ventilation the respiratory system is affected by two pumps, the ventilator controlled by the physician and the patients own respiratory muscle pump controlled by the patient. Patient-ventilator interactions is mainly an expression of the function of these two controllers, which should be in harmony if the results is to be appropriate for the patient. Interactions patient-ventilateur Kondili et al., BJA 2003;91:

3

4 Ventilation spontanée-assistée Inspiration déclenchée par le patient Déclenchement s/ signal en débit ou en pression Volume ou pression consigne Temps inspiratoire déterminé par le ventilateur Kacmarek & Hess, , in Tobin MJ Principles & Practice of Mechanical Ventilation, 1994 Pilbeam SP, , in Pilbeam SP Mechanical Ventilation, 1998 Temps inspiratoire déterminé par le patient Modes ventilatoires « synchrones » avec le patient Pas de fréquence propre du ventilateur Soutien ventilatoire partiel Aslanian & Brochard, , in Marini & Slutsky Physiological basis of Mechanical Ventilation 1998

5 Début Ti neural Début Insufflation Machine Fin Ti neural (Pmus) Fin Ti neural (EMG) Fin Insufflation Machine Fernandez et al., AJRCCM 1999; 159:710-9

6 PHASE INSP MACHINE (Ti mach) PHASE INSP PATIENT (Ti neural) T neural tot T tot machine Fernandez et al., AJRCCM 1999; 159:710-9 ASYNCHRONIE

7 P appl = P mus +P aw = (VTE rs )+(V'IR rs ) Feedback: neuro-mécanique chimique Feedback: trigger pressions cyclage Profil volume en f(t)

8 Contrôle respiratoire Générateur de rythme IntensitéTiming SIGNAL DE SORTIE MOTEUR Afférences Musculaires Récepteurs Pulmonaires Récepteurs VAS Hormones Drogues Température Emotions Sensations Exercice Veille Sommeil Chémorécepteurs Centraux Périph Cardiovasculaire

9 Profils ventilatoires Pression inspiratoire Durée de la pressurisation Pente de pressurisation Intensité de leffort insp. Durée de leffort insp. Pente de pressurisation D'après Yamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88:

10 Ventilateur - trigger inspiratoire - fonction de pressurisation - niveaux de pression - consigne de cyclage Patient - ti neural - fonction de pressurisation - Pmus max - te neural Paramètres régulés D'après Yamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88:

11 Ti neural Te neuralTi neural

12 Conséquences délétères des asynchronies patient-ventilateur Besoins en Sédation WOB Lésions Muscles respiratoires Hyperinflation dynamique Sevrage prolongé Durée de Séjour Coûts…… Nilsestuen and Hargett Resp Care 2005; 50: Tobin AJRCCM 2001; 163:

13 Patients ventilés au long cours Patients avec et sans Asynchronie Chao et al. CHEST 1997; 112:

14 Echec de déclenchement et sevrage Chao et al. Chest 1997;112:1592 Déclenchement 155 patients 57% WS Efforts non récompensés 19 patients 16% WS Pes Flow Paw

15 Asynchronie patient-ventilateur: prévalence Thille et al., Intensive Care Med 2006; 32: pts en VM > 24 h Indice d'asynchronie = _______ n évènements________ x 100 (fréq. ventilateur + fréq. efforts ineff.) Sévère si > 10% Efforts inspiratoires inefficaces Double déclenchements Auto-déclenchements Cycle écourté (suggère cyclage précoce) Cycle prolongé (suggère cyclage tardif)

16 Asynchronie patient-ventilateur: prévalence Thille et al., Intensive Care Med 2006; 32: pts en VM > 24 h 15 pts (25%) avec indice d'asynchronie > 10 % médiane à 26 % (18-37) Evènements: Efforts inefficaces 85 % Double déclenchement 13 %

17 Thille et al. ICM 2006; 32: Effet de lasynchronisme patient - ventilateur sur la durée de VM et le pronostic

18 Les réglages de lAI (Hors alarmes) FiO2AI ETS PEP Trigger Insp Pente Pression Débit OPTIONNEL

19 How is mechanical ventilation employed in the intensive care unit ? An international utilization rewiew Esteban et al. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: How is mechanical ventilation employed in the intensive care unit ? An international utilization rewiew Esteban et al. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: Sevrage 412 ICUs 1'638 pts 412 ICUs 1'638 pts % CI %

20 Réponse à l'effort inspiratoire ("Trigger") Pressurisation Cyclage I:E Paw Temps Niveau d'AI Aide inspiratoire MacIntyre et al., Chest 1990; 97: Tobin et al., Am J Respir Crit Care Med 2001; 163:

21 Paw Temps Réponse à l'effort inspiratoire ("Trigger")

22 Trigger (Déclenchement) Système nerveux central Nerf phrénique Excitation diaphragmatique Contraction diaphragmatique Expansion thoraco-pulmonaire Pression, débit, volume Ventilateur Solution idéale Technologie actuelle

23 PEP Seuil -3 Phase Prétrigger Phase Posttrigger a b Réponse du ventilateur à la demande Phase pré et post trigger

24 Richard et al., Intensive Care Med 2002; 28:

25 New generation Previous generationPiston/turbine

26 Effort de déclenchement Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940 Temps, sec Flow L/sec P aw cm H 2 O P es cm H 2 O Début Effort Insp Ouverture Valve Cyclage I:E

27 Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940 Post-Trigger PTP, cm H 2 O.s r = Respiratory Drive (dP/dt), cm H 2 O/s Effort in Post-Trigger Phase is Proportional to Drive at Breath Onset

28 Effets proinflammatoire dun effort inspiratoire contre charge résistive (75% vs 35% Pmax) N = 11 sujets sains Vassilakopoulos et al.Am Journal Physiol 1999; 277:R

29 Load-Induced Structural Injury Orozco-Levi et al. AJRCCM 2001;164:1734

30 Load-Induced Structural Injury Orozco-Levi et al. AJRCCM 2001;164:1734 Diaphragm injury (sarcomere disruptions, n/100 µm2) FEV 1 (% pred)

31 Efforts inspiratoires inefficaces Fabry et al., Chest 1995; 107:

32 Asynchronie de déclenchement Chao et al., Chest 1997; 112: Mode assisté-contrôl é, ø PEP

33 Echec de déclenchement 1030 Flow L/sec P aw cm H 2 O P es cm H 2 O Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940 * * * * * * * * *

34 Mode assisté-contrôl é, ø PEP Mode assisté-contrôl é, PEP 10 cmH 2 O Asynchronie de déclenchement Chao et al., Chest 1997; 112:

35 Determinants de léchec de déclenchement Volume Courant Temps Expiratoire PEEP I,dyn, cm H 2 O p < 0.02p < Cycles precedent un déclenchement Leung et al AJRCCM 1997;155:1940 Cycles précédent un non déclenchement

36 Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940 Determinants des efforts inefficaces PEEP i, rs, cm H 2 O Resistance, cm H 2 O/L/s Elastance, cm H 2 O/L Wasted PTP, cm H 2 O.s/min r=0.85r=-0.61 r=0.77

37 BPCO: problème de la PEP intrinsèque (PEPi) Pao 0 cmH 2 O Pao 0 cmH 2 O Ppl 0 -> -2cmH 2 O Ppl +10 -> -2cmH 2 O Normal PEPi 10 cmH 2 O P 2 cmH 2 O P 12 cmH 2 O Palv +10 -> -2 cmH 2 O Palv 0 -> -2 cmH 2 O Pao + 10 cmH 2 O (PEEP) Ppl +10 -> +8cmH 2 O PEPi 10 cmH 2 O P 2 cmH 2 O Palv +10 -> +8 cmH 2 O

38 Application de PEPe en présence de PEPi: effet sur les efforts inspiratoires inefficaces Nava et al., Intensive Care Med 1995; 21: i/50 PTPi (cmH2O/s -1 ) * * p < 0.05

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41 Giulani, AJRCCM, 1995

42 Am J Respir Crit Care Med 1998; 157:

43 Nature Medicine 1999; 5:

44 Sinderby et al, Nature Med 1999;5:1433 Time (s) Pressure and Neural Triggering Neural trigger Airway pressure (cm H 2 O) Airway pressure (cm H 2 O) Diaphragmatic electrical activity (a.u.) Diaphragmatic electrical activity (a.u.) Trigger threshold Airway pressure trigger

45 Sonde NAVA

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47 Sonde NAVA : Mise en Place

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51 F = 60/min F = 24/min BPCO : VSAI 15 – PEEP 5 - ETS 20%

52 BPCO : NAVA 5 cmH2O/µvolts – PEEP 5

53 Asynchronie de déclenchement: déterminants principaux Facteurs liés au ventilateur Affectant le seuil de déclenchement Faible sensibilité du "trigger" "Trigger" en pression Résistance/compliance/fuite s/circuit Influençant l'auto-PEEP VT élevé Débit inspiratoire faible Facteurs liés au patient Affectant la pression inspiratoire Hyperinflation marquée Faiblesse muscles respiratoires Volet costal/sternal Influençant l'auto-PEEP Demande ventilatoire élevée Constante de temps élevée Y

54 Pressurisation Paw Temps

55 Bonmarchand et al., Crit Care Med 1999; 27: W insp (J/L, % SB) Time to PS (sec) * * * P < 0.05 vs. * t 0.1, t.0.5 Restrictive patients W insp (J/L) P < 0.05 vs. * t 0.1, t.0.5 * ** Bonmarchand et al., Intensive Care Med 1996; 22: Obstructive patients Time to PS (sec) Importance de la pente de pressurisation

56 Pente de pressurisation et confort Chiumello et al. Eur Respir J 2001; 18: n = 10 pts intubés

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58 Niveau d'AI Paw Temps

59 Aide inspiratoire et charge imposée aux muscles respiratoires Brochard et al. Am Rev Respir Dis 1989; 139: PS cmH 2 O % 8 patients avec BPCO, intubés et en sevrage de la VM

60 Leung et al., Am J Respir Crit Care Med 1997; 155: n inspiratory attempts/min. % support Niveau d'aide inspiratoire et efforts inspiratoires inefficaces

61 Asynchronie patient-ventilateur: incidence Thille et al., Intensive Care Med 2006; 32:

62 Efforts inspiratoires inefficaces et niveau d'AI Thille et al., Réanimation 2007; 16 (Suppl 1): S170 n = 11 pts, AI 19 ± 2 -> 13 ± 2 cmH 2 O Efforts ineff. % Fréq resp. (n/min.) PTP (cmH 2 O.s/min.) * # * p < 0.01 vs. AI 19; # p < 0.05 vs. AI 19

63 Jolliet & Tassaux, Crit Care 2006;10(6):236 Respiratory muscle workload Niveau dAide augmentation hyperinflation Cyclage retardé PEEPi Efforts Insp inefficaces inconfort tachypnée inconfort hypercapnie Optimal PS level Assistance Insuffisante Assistance Excessive

64 Réglage automatique de l'AI Dojat et al., Am J Respir Crit Care Med 2000;161: AI réglée par clinicien % durée totale VM avec profil respiratoire inacceptable § * p < 0.05 % durée totale VM avec P cmH 2 O 10 patients Non-critique Critique AI réglée par système expert AI réglée par clinicien AI réglée par système expert * § p < 0.01 PS 17 ± 419 ± 6 cmH 2 O

65 Cyclage I:E Paw Temps

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67 Les systèmes darrêt de linspiration en Aide Inspiratoire secondes déclenchement PEP = 10 cmH 2 O Débit ( l.min -1 ) Paw ( cmH 2 0 ) 10 Le débit de coupure Le dépassement du niveau daide inspiratoire La limitation du temps inspiratoire

68 Ventilateur Cyclage en Débit Cyclage en pression Cyclage en temps PB l/min PEP + AI cmH2O 3 sec PB % débit de pointe PEP + AI cmH2O 3 sec PB 740/ l/min ou 25 % débit de pointe PEP + AI + 3 cmH2O 3.5 sec Servo 900C 25% débit de pointe PEP + AI + 3 cmH2O 80 % du temps de cycle réglé Servo % débit de pointe PEP + AI + 20 cmH2O 80 % du temps de cycle réglé Servoi % débit de pointe Limite de HP <=2.5 sec basé sur le cylage en débit Evita 4 25 % débit de pointe Limite de HP 4 sec Bear % débit de pointe Limite de HP 5 sec Veolar 25 % débit de pointe Limite de HP 3 sec Galileo % débit de pointe Limite de HP 3 sec Infrasonics 4 l/min PEP + AI + 3 cmH2O 3.5 sec Bird % débit de pointe Limite de HP 3 sec Pulmonetic % debit de pointe Limite de HP 1-3 sec Avea % debit de pointe Limite de HP sec Newport E500 variable Limite de HP 3 sec Mode decyclagede lAI selon les ventilateurs Sécurité Normal

69 Pressure Flow Time V' ti Neural ti AI et cyclage inspiration - expiration Yamada et al., J Appl Physiol 2000; 88: Sinderby et al., Nature Med 1999; 5: V' peak (IEMGd ) Synchronisation idéale V' insp = V' ti ET = V' ti /V' peak V' ti = Débit inspiratoire à la fin du Tin ET = V' insp /V' peak

70 Yamada et al., J Appl Physiol 2000; 88:

71 Pmusmax-Pmusmax(1-t/Ti) 2 + Pps.(1-e -t/tv ) = E.V + R.V Equation différentielle du Premier Degré Solution pour V = 0 à t = 0 ? Yamada et al., J Appl Physiol 2000; 88:

72 Yamada, JAP, 2000 idéal modélisé mathématiquement Le cyclage idéal modélisé mathématiquement est fonction de t/Ti Pps/Pmusmax p /Ti v /Ti

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74 Cyclage I:E en aide inspiratoire Yamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88: Synchronisation idéale ET = V' ti /V' peak Niveau d'AI Pression développée par muscles resp. V' ti /V' peak déterminé par: Mécanique syst. resp. ti neural

75 Ti excess s Pes cmH 2 O * *# * * p < 0.05 vs. ET 0.10; # p < 0.05 vs Am J Respir Crit Car Med 2005;172:

76 PEEPi cmH 2 O * *# * p < 0.05 vs. ET 0.10; # p < 0.05 vs. 0.25

77 Tokioka et al., Anesth Analg 2001;92: Adjusting expiratory trigger in ALI/ARDS

78 CW Recoil Pressure P es

79 Cycling during pressure support with airflow limitation Parthasarathay et al., Am J Respir Crit Care Med 1998; 158:

80 Triggering Non-triggering Parthasarathy et al. AJRCCM 1998;158:1471 Angle de phase entre le Te Neural et le Te mécanique Jubran et al. AJRCCM 1985;152:129 Leffort expiratoire augmente avec le niveau daide 0 * PSV Level, cm H 2 O PTP exp /breath, cm H 2 O

81 Cyclage tardif Temps expiratoire -> vidange pulmonaire Hyperinflation dynamique/PEPi Délai de trigger Effort insp. Efforts inspiratoires inefficaces Charge imposée muscles resp. Parthasaraty et al., Am J Respir Crit Care Med 1998; 158: Jubran et al., Am J Respir Crit Care Med 1995; 152:

82 1 min Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423 C 4 -A 1 O 3 -A 2 ROC LOC Chin Leg VTVT RC AB SpO 2 EKG Assist-ControlPressure Support Arousal

83 Arousals plus Awakenings per hour Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423 Assist Control Pressure Support p<0.05 Pressure Support Increases Fragmentation and Decreases Efficiency of Sleep % Sleep Efficiency * Assist Control Pressure Support PS plus Dead Space PS plus Dead Space p<0.01

84 Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423 Effect of Mode and Sleep on Controller Function Minute Ventilation Assist Control Pressure Support V T /T I During Sleep ml/sec Apneas No Apneas * L/min r = p < Dead space No dead space P ET CO 2 minus Apnea Threshold, mmHg Apneas per hour WSWS

85 Apneas per Hour Assist Control Pressure Support Pressure Support Induces Apneas p<0.05 n = 11 Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423 Tidal volume 8 ml per kg during both AC and PS PS 17 cm H 2 O in patients with apneas 20 cm H 2 O in patients without apneas Pressure Support + Dead Space p<0.01 n = 6 Pressure Support Dead Space Decreases Apneas

86 Sleep Increases Inspiratory Time and Expiratory Time during Pressure Support Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423 Inspiratory Time Seconds Assist Control Pressure Support (23% increase with PS) p< WSWS Expiratory Time (126% increase with PS) p< WSWS Assist Control Pressure Support

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88 Aspects pratiques Efforts inspiratoires inefficaces "Trigger" inspiratoire bien réglé ? Cyclage tardif ? Aide inspiratoire PEEPe Efforts inspiratoires importants Pente de pressurisation Aide inspiratoire Cyclage tardif (activité musculaire expiratoire) Aide inspiratoire Consigne de cyclage paramétrable Cyclage en temps


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