Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle

Encyclopédie Médico-Chirurgicale 36-180-A-40

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Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle L Thomachot C Martin

Résumé. – Dans une très grande majorité de cas, l’utilisation d’un échangeur de chaleur et d’humidité (ECH) est suffisante pour réchauffer et humidifier les gaz inspirés au cours de la ventilation mécanique. L’ECH doit être positionné au-dessus de la sonde d’intubation, et changé dès qu’il est sali par les sécrétions bronchiques.

En cas d’apparition de sécrétions bronchiques épaisses ou d’atélectasies, le réchauffement et l’humidification sont insuffisants, et l’ECH doit être remplacé par un humidificateur chauffant. Les avantages d’un ECH résident principalement dans sa facilité d’utilisation et son faible coût, et ses inconvénients dans l’augmentation de l’espace mort et des résistances inspiratoires. Les risques d’obstruction des sondes endotrachéales sont très faibles avec les matériaux actuellement utilisés. En réanimation, les ECH peuvent être laissés en place jusqu’à 1 semaine sur un même patient. L’incidence des pneumopathies acquises sous ventilation mécanique et des obstructions de sondes endotrachéales, après 7 jours d’utilisation d’un même ECH, ne diffèrent pas de celles observées après un changement journalier. Un ECH ne peut être utilisé en cas d’hypothermie ou de fistule bronchopleurale. © 2002 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : échangeur de chaleur et d’humidité, anesthésie, réanimation, ventilation mécanique, humidification des gaz inspirés, réchauffement des gaz inspirés.

Introduction Le développement de la ventilation mécanique en anesthésie et en réanimation a généré un bon nombre de complications, à l’origine d’une augmentation importante de la morbidité, de la mortalité et du coût d’hospitalisation. Certaines de ces complications sont dues à une mauvaise préservation de la température et du contenu en vapeur d’eau des gaz inspirés (tableau I).

Dans les circonstances normales de ventilation, les gaz inspirés sont progressivement réchauffés et humidifiés lors de leur passage dans les voies aériennes supérieures. Les composants internes du nez humain, de la bouche et du pharynx capturent la chaleur et l’humidité des gaz durant l’expiration, et les restituent à l’inspiration (fig 1). Lors de l’intubation endotrachéale, les voies aériennes supérieures sont court-circuitées. L’humidification et le réchauffement des gaz inspirés sont alors totalement pris en charge par les voies aériennes intrathoraciques. Une ventilation avec des gaz froids et secs est responsable de plusieurs types de complications : une hypothermie par une augmentation des pertes d’énergie ; une perte d’eau ; des dégâts épithéliaux et de la fonction ciliaire ; des atélectasies ; une perturbation de la mécanique ventilatoire et des échanges gazeux (tableau I). À l’inverse, une ventilation avec des gaz inspirés trop chauds peut provoquer une hyperhydratation, des brûlures trachéales, et des atélectasies responsables d’hypoxie.

Laurent Thomachot : Praticien hospitalier.

Claude Martin : Professeur des Universités, praticien hospitalier.

Département d’anesthésie-réanimation, hôpital Nord, boulevard Pierre-Dramard, 13915 Marseille cedex 20, France.

Tableau I. – Conséquences physiologiques et cliniques d’une ventilation avec des gaz trop chauds et humides ou trop froids et secs.

Problèmes associés à une ventilation avec des gaz froids et secs

Problèmes associés à une ventilation avec des gaz trop chauds et humides

- Désorganisation épithéliale - Augmentation de la viscosité des sécrétions bronchiques - Diminution du transport ciliaire

- Brûlures muqueuses - Modifications du surfactant - Désorganisation épithéliale - Conséquences cliniques : - hypothermie - augmentation des résistances pulmonaires - hyponatrémie - œdème et sténose trachéale - diminution de la compliance pulmonaire - atélectasies - désaturation artérielle en oxygène - augmentation du shunt intrapulmonaire

- Diminution de la production de surfactant - Conséquences cliniques : - hypothermie - diminution de la compliance pulmonaire - atélectasies - désaturation artérielle en oxygène - augmentation du shunt intrapulmonaire

Techniques d’humidification et de réchauffement des gaz inspirés L’humidité et la température d’un gaz sont interdépendantes. La température d’un gaz détermine son point de saturation en vapeur d’eau, l’hygrométrie absolue à saturation (Has). L’Has est la quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir un volume de gaz à une température donnée [17]. L’Has est exprimée en milligrammes d’eau par litre de gaz (mg/L). Cette valeur de Has est obtenue à partir de tables [19]. L’humidité absolue (Ha) est la quantité de vapeur d’eau que contient un gaz à une température donnée (mg/L).

L’humidité relative (Hr) est l’humidité d’un gaz exprimée en pourcentage de la quantité maximale de vapeur d’eau que peut

Toute référence à cet article doit porter la mention : Thomachot L et Martin C. Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Anesthésie-Réanimation, 36-180-A-40, 2002, 8 p.

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Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle Anesthésie-Réanimation 3 3

T° (°C)

Hr (%)

Ha (mg/L)

Nez

22

50

9,5

Larynx

33

70

24,5

Trachée

35,5

90

36,2

Carène

36

97

40

Bronches

37

100 44

Alvéoles

37

100 44

Position de l’échangeur de chaleur et d’humidité (ECH) sur le circuit. 1. Patient ; 2. ECH ; 3. circuit expiratoire ; 4. circuit inspiratoire.

4

2

1

ECH Poumons

1

Conditionnement des gaz inspirés par les voies aériennes supérieures et inférieures (dans les circonstances normales de ventilation, les gaz inspirés sont progressivement réchauffés et humidifiés lors de leur passage dans les voies aériennes supérieures et inférieures). T° : température ; Hr : hygrométrie relative ; Ha : hygrométrie absolue.

T° : 37°C,

Ha Has : 44 mg/L = 84 % Hr = Has Ha : 37 mg/L

* A T° : 34°C,

Ha Has : 37 mg/L Hr = = 100 % Has Ha : 37 mg/L

* B T° : 30°C,

Ha Has : 30 mg/L Hr = = 100 % Has Ha : 30 mg/L

* C T° : 40°C,

T° = 37°C Hr = 100 % Ha = 44 mg/L

Ha Has : 51 mg/L Hr = = 73 % Has Ha : 37 mg/L

* D 2

Variation de l’hygrométrie relative (Hr) en fonction de la température d’un gaz. Le carré représente un volume de gaz de 1 L. Les cinq cercles représentent la quantité de vapeur d’eau que contient ce gaz (humidité absolue [Ha] de 37 mg/L).

A. L’hygrométrie absolue à saturation (Has) est la quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir ce volume de gaz à 37 °C, soit 44 mg H2O/L [17]. Si l’hygrométrie réelle que contient ce volume de gaz, c’est-à-dire l’Ha, est de 37 mg/L, l’hygrométrie relative (Hr) est de 37/44, soit 84 %.

B. Si la température de ce gaz est diminuée à 34 °C, l’Has passe à 37 mg H2O/L, l’Ha reste à 37 mg H2O/L, l’Hr augmente à 100 %.

C. Si la température de ce gaz diminue à 30 °C, l’Has diminue à 30 mg H2O/L. L’eau se condense sur les parois du cube (rectangle) car l’Ha ne peut être supérieure à l’Has. L’Ha chute aussi à 30 mg H2O/L. L’Hr reste à 100 %.

D. Si la température de ce gaz augmente à 40 °C, l’Has augmente à 51 mg H2O/L. L’eau condensée est à nouveau vaporisée. L’Ha revient à 37 mg H2O/L. L’Hr chute à 73 %.

contenir ce gaz à une température donnée (Ha/Has). Les variations de température d’un gaz font varier son Hr (fig 2). ÉCHANGEURS DE CHALEUR ET D’HUMIDITÉ (ECH)

L’ECH est placé entre la sonde endotrachéale et la pièce en Y du ventilateur (fig 3). Il doit être au-dessus de la sonde, de manière à ce que l’eau condensée et les sécrétions du patient, en se déposant dans le nez artificiel, n’augmentent pas la résistance à l’écoulement des gaz. Les aérosols ne peuvent être positionnés qu’entre le filtre et la 2 Rejoignez nous sur facebook: “ La Radiologie Pour Tous”

+18 mg/L

+10 mg/L

T°= 30°C Hr = 95 % Ha = 28,8 mg/L

T°= 22°C Hr = 65 % Ha = 12,8 mg/L

T°= 33°C Hr = 100 % Ha = 36 mg/L

T° = 22°C Hr = 100 % Ha = 20 mg/L

-18 mg/L

-10 mg/L

Compartiment condenseur

T°= 22°C Hr = 0 % Ha = 0m g/L Inspiration Expiration T° = 22°C Hr = 49 % Ha = 10 mg/L

Compartiment hygroscopique

4

Principe de fonctionnement d’un échangeur de chaleur et d’humidité (ECH) hydrophobe (compartiment condenseur) ou d’un ECH hygroscopique (deux compartiments). Le compartiment condenseur de l’ECH hydrophobe capture la chaleur et l’humidité des gaz pendant l’expiration et les restitue à l’inspiration suivante. Un compartiment hygroscopique est ajouté au compartiment condenseur dans l’ECH hygroscopique. Il est constitué de laine ou de mousse revêtue par du chlorure de calcium ou de lithium qui retient l’humidité expirée. Cette humidité est libérée à l’inspiration suivante sans aucune perte énergétique.

sonde d’intubation. Le remplacement des ECH s’effectue à intervalles réguliers (cf infra), afin de limiter la pullulation bactérienne, de diminuer leur résistance aux gaz inspirés et de restaurer de meilleures capacités de conditionnement des gaz inspirés.

¶ Principe de fonctionnement des échangeurs

de chaleur et d’humidité hydrophobes L’ECH hydrophobe est constitué d’une membrane percée de pores.

Ces pores ont un diamètre approximatif de 0,2 µm. Les gaz et la vapeur d’eau peuvent passer à travers mais pas l’eau, sous forme liquide aux pressions habituellement utilisées lors de la ventilation mécanique. Les résistances inspiratoires ajoutées sont très faibles.

L’ECH hydrophobe fonctionne comme un nez humain (d’où l’appellation de « nez artificiel »), capturant la vapeur d’eau et l’énergie des gaz expirés et les restituant lors de l’inspiration suivante. L’air exhalé des poumons est à 37 °C et à 100 % d’Hr (Ha = 44 mg H2O/L) (fig 4). En cas de refroidissement de l’air expiré, l’Has et donc l’Ha diminuent ; l’Hr reste à 100 %. La vapeur d’eau se transforme en eau de condensation sur les surfaces avoisinantes ou en très petites gouttes d’eau en suspension dans le gaz. L’air expiré atteint l’extrémité de la sonde d’intubation à une température d’environ 33 °C. Si l’humidité relative est toujours de 100 %, l’Ha en revanche n’est plus que de 36 mg/L. Il y a donc 8 mg d’H2O/L qui se sont condensés sur le trajet des voies naturelles et artificielles.

Quand l’air expiré atteint l’ECH, l’eau se dépose sur les surfaces du compartiment condenseur, ce qui libère la chaleur latente de vapeur d’eau. Cette énergie chauffe le nez artificiel. La température du gaz qui quitte le filtre est plus basse. Si le gaz expiré sort du filtre à 22 °C, l’humidité absolue de ce gaz est de 20 mg H2O/L. Il reste donc 16 mg de vapeur d’eau par litre de gaz dans l’ECH associés à

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Principe de fonctionnement d’un humidificateur chauffant. 1. Résistance chauffante immergée.

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Tableau II. – Avantages et inconvénients respectifs des échangeurs de chaleur et d’humidité (ECH) et des humidificateurs chauffants (HC).

Avantages

Inconvénients

ECH

- Pas de risque électrique - Pas de surhumidification - Peut diminuer le risque infectieux - Bon marché - Pas de maintenance - Simple d’utilisation

- Adjonction d’une résistance - Augmentation de l’espace mort - Risque d’occlusion en cas de soushumidification

HC

- Humidification adéquate - Bon contrôle de la température - Souplesse d’utilisation - Possibilité de réchauffement

- Difficilement transportable - Branchement électrique - Risque d’électrocution - Eau de condensation dans les circuits du ventilateur - Monitorage de la température nécessaire - Contamination bactérienne - Surhumidification - Hyperthermie, brûlure - Erreur de connexion - Maintenance - Coût

Résistance chauffante immergée

la chaleur latente de vaporisation de l’eau. Plus la différence de température est importante entre les côtés patient et ventilateur du filtre, et plus la quantité de chaleur et d’humidité conservée est importante. À l’inspiration suivante, l’ECH transmet la chaleur et l’humidité emmagasinées lors de l’expiration, c’est-à-dire 18 mg H2O/L. La sonde fournit de 4 à 5 mg de vapeur d’H2O/L de gaz. Au total, l’ECH et la sonde trachéale fournissent environ 25 mg H2O/L de gaz. Le patient doit fournir, par son arbre bronchique, l’humidité et la chaleur complémentaires, pour arriver aux valeurs physiologiques alvéolaires de 44 mg de vapeur d’eau par litre de gaz pour une température de 37 °C.

1

2

¶ Échangeurs de chaleur et d’humidité hygroscopiques Au simple phénomène physique de l’ECH hydrophobe, est ajoutée une fixation chimique de l’eau (fig 4). La couche hygroscopique est constituée de laine ou de mousse, ou d’autres matériaux revêtus par du chlorure de calcium, de magnésium, d’aluminium ou de lithium, qui retiennent l’humidité. À l’expiration, une partie de l’eau se condense dans le compartiment condenseur, une autre partie est retenue dans le compartiment hygroscopique, et sera libérée passivement lors de l’inspiration suivante. La chaleur accumulée par l’ECH sert uniquement à réchauffer l’air, et non plus à vaporiser l’eau. La résistance de ce type d’ECH est faible, mais peut augmenter en cas d’excès de rétention d’eau.

5

4

3

6 HUMIDIFICATEURS À EAU FROIDE ET CHAUFFANTS

Il existe deux types d’humidificateurs à eau froide : les humidificateurs à léchage et les humidificateurs à bulles. Ces appareils ont été progressivement abandonnés, du fait de leurs faibles performances.

Les humidificateurs chauffants (HC) sont aujourd’hui considérés comme les humidificateurs de référence (fig 5). L’eau est fournie sous forme de vapeur. L’appareil permet de délivrer des gaz totalement saturés en vapeur d’eau. De nombreux systèmes ont un réservoir avec une source de chaleur immergée, d’autres emploient une source de chaleur adjacente ou une chambre de chauffage. L’HC est monté sur le circuit inspiratoire, juste à la sortie du ventilateur.

Les modèles les plus sophistiqués ont une résistance chauffante dans le circuit inspiratoire, jusqu’à la pièce en Y. Les gaz inspirés sont ainsi maintenus à température constante, afin de diminuer la condensation de vapeur d’eau sur les tuyaux du circuit inspiratoire.

Un thermomètre, situé au niveau de la pièce en Y, permet un contrôle de la température des gaz inspirés.

Le personnel infirmier prenant en charge ce type de matériel doit être correctement formé pour : – surveiller les branchements électriques, les niveaux d’eau ; – vérifier que les circuits sont correctement montés ; – remplir le réservoir d’eau de manière aseptique.

L’HC avec une chambre d’humidification et un fil stérilisable est le plus économique. Il coûte environ 990 euros par an. Comme il n’est

Association d’un humidificateur actif (type Boostert) à un échangeur de chaleur et d’humidité. 1. Eau pour préparation injectable ; 2. secteur ; 3. sonde d’intubation ; 4. booster ; 5. pièce en Y.

utilisé qu’environ 300 jours par an, son prix de revient est de 3,3 euros par jour [1]. Ce coût ne comprend pas l’investissement humain.

L’utilisation des HC comporte quelques inconvénients (tableau II).

L’absence de monitorage de la température inspiratoire expose le patient ventilé à un risque de brûlure trachéale ou d’hyperhydratation. D’autre part, une contamination bactérienne des circuits du ventilateur survient rapidement, ce qui peut donc exposer des patients à une infection nosocomiale. Le raccord annelé est la pièce la plus contaminée. Les circuits inspiratoire et expiratoire sont alors rapidement contaminés : 33 % à la deuxième heure, 64 % à la douzième heure et 80 % à la vingt-quatrième heure [9].

AUTRES MÉTHODES DE CONDITIONNEMENT DES GAZ INSPIRÉS

¶ Association d’un humidificateur actif (type Boostert)

et d’un échangeur de chaleur et d’humidité Le Boostert apporte un réchauffement et une humidification active complémentaires à ceux d’un ECH. Cet appareil est placé entre l’ECH et la sonde d’intubation (fig 6), le plus près possible de la 3

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sonde. Il est constitué d’un élément chauffant électrique en céramique. L’élément se visse tangentiellement à un tube en plastique à usage unique. Il comprend une entrée d’eau qui s’écoule sur une membrane en Gore-Text et une grille en aluminium.

L’élément chauffant vaporise l’eau sur la membrane. La vapeur passe au travers de la membrane, pour aller dans la lumière du tube où elle est mélangée avec les gaz inspirés du patient, déjà conditionnés par l’ECH. Le Boostertaugmente la température et l’humidité des gaz délivrés par l’ECH.

¶ Nébuliseurs Les nébuliseurs produisent de la vapeur d’eau à partir d’un brouillard de fines gouttes d’eau, à température ambiante.

L’humidification des gaz inspirés à partir de ces gouttes d’eau dépend principalement de l’Hr. Quand l’Hr est supérieure à 80 %, le taux d’évaporation à partir des fines gouttelettes d’eau diminue.

Seules les particules d’un diamètre compris entre 3 et 5 µm participent efficacement à l’humidification des gaz inspirés. Les gouttelettes d’eau inférieures à 1 µm peuvent atteindre les alvéoles.

Trois méthodes sont utilisées : – le générateur centrifuge ; – le nébuliseur ultrasonique ; un cristal piézoélectrique fait vibrer une plaque de métal à de très hautes fréquences, qui produit un brouillard ; la taille des particules est comprise entre 2,8 et 4,3 µm ; – l’effet Bernouilli ; un jet de gaz est directement dirigé vers l’extrémité d’un tube capillaire et nébulise l’eau aspirée par effet Bernouilli ; la taille des particules est comprise entre 0,5 et 3 µm.

Les fines gouttes d’eau, qui sont à température ambiante, peuvent provoquer un refroidissement des voies aériennes. D’autre part, le nébuliseur augmente le volume de sécrétion bronchique et peut provoquer une hyperhydratation chez l’enfant. Les résistances pulmonaires sont augmentées chez les sujets atteints d’une bronchopneumopathie chronique obstructive lors de l’utilisation de nébuliseurs [5]. Enfin, les aérosols peuvent être colonisés, véhiculer des bactéries, et ainsi favoriser l’émergence d’une pneumopathie nosocomiale [9].

Utilisation pratique LE CONDITIONNEMENT DES GAZ INSPIRÉS EST-IL CORRECT ?

La mise à disposition d’échangeurs de chaleur et d’humidité/filtre (ECHF) performants a permis d’envisager de les utiliser comme seul moyen de conditionnement des gaz inspirés, et ceci pour toute la durée d’hospitalisation en réanimation. Les ECHF hydrophobes ont été contestés dans cette indication. Leur performance était notablement influencée par le volume courant administré aux malades [4, 13, 37, 38] et plusieurs études ont rapporté une fréquence élevée d’obstruction de la sonde endotrachéale en raison d’une humidification inadéquate [6, 27, 32]. Cependant, avec les progrès de la technologie, les matériaux actuels sont de bien meilleure qualité et les ECHF hydrophobes peuvent être utilisés sans risque [36]. Les ECHF hygroscopiques possèdent un élément rajouté imprégné d’une substance chimique active hygroscopique, utilisée pour augmenter la capacité de rétention hydrique. Leur efficacité est supposée supérieure à celle des ECHF hydrophobes, car le composé hygroscopique absorbe de l’eau additionnelle lors de l’expiration, qui est ensuite restituée aux gaz inspirés. Cependant, ces deux types d’ECHF se sont montrés équivalents dans la seule étude clinique où ils ont été comparés pour une durée suffisante d’utilisation et sur un grand nombre de patients [36].

Les résultats de cette étude et d’une autre menée dans des conditions équivalentes [34] démontrent que les capacités techniques des ECHF permettent d’assurer un conditionnement très satisfaisant des gaz inspirés : l’obstruction des sondes trachéales devient un élément exceptionnel, voire absent, et un nombre extrêmement faible de patients nécessite de passer à l’emploi d’un HC [34, 36].

Le protocole de surveillance des patients est simple (fig 7) mais doit être strictement suivi. Les instillations trachéales ne doivent pas être prescrites de principe, mais réalisées à la demande, après évaluation des besoins deux ou trois fois par jour par l’équipe soignante. Il faut toujours s’assurer que l’ECHF est positionné au-dessus de la sonde endotrachéale, afin d’éviter son obstruction par les sécrétions trachéales. L’obstruction de la sonde endotrachéale est suspectée sur les éléments suivants : Contre-indications à l'utilisation d'un ECH ?

Hypothermie Fistule bronchopleurale

¶ Circuits fermés Le conditionnement des gaz inspirés par un circuit fermé avec un débit de gaz frais de 0,5 L·min-1 est comparable à celui obtenu avec un HC. La période d’équilibre est atteinte beaucoup plus tardivement avec le circuit fermé, jamais en moins de 1 heure [3]. Le refroidissement des gaz dans le circuit du ventilateur diminue cependant le niveau d’humidification.

non

ECH toujours position au-dessus de la sonde endotrachéale Changement 24 heures ?

48 heures ?

7 jours ?

PARAMÈTRES MESURÉS, CALCULÉS ET MODALITÉS DE SURVEILLANCE

Il est actuellement impossible de déterminer la température et l’humidité minimales requises pour préserver l’intégrité fonctionnelle des voies aériennes et des poumons. Il s’agit d’une variable qui dépend de nombreux paramètres, comme la température et l’humidité des gaz inspirés, le volume courant, la ventilation par minute, la température du patient, le débit sanguin trachéal et bronchique [2]. Ce que l’on peut retenir, c’est qu’une ventilation calme chez un adulte normotherme de 70 kg avec des gaz inspirés à une température de 33 °C mesurés à la pièce en Y et une Ha supérieure à 30 mg H2O/L n’est pas délétère.

Il n’existe actuellement aucune méthode de routine pour mesurer en continu la température trachéale, l’Hr ou l’Ha moyennes inspiratoires. Si les sécrétions deviennent épaisses, il faut adapter le volume et la fréquence des instillations. Une modification de la fluidité des sécrétions bronchiques, une augmentation des pressions trachéales de crête ou un aplatissement des courbes pressionvolume sont autant d’éléments en faveur d’un conditionnement incorrect des gaz inspirés.

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Utilisation d'un humidificateur chauffant

oui

Surveillance qualité des sécrétions bronchiques température corporelle pressions du ventilateur (courbes P/V)

Complications hypothermie sécrétions sèches et épaisses atélectasies répétitives obstruction de la sonde

non

7

oui

Envisager de changer pour un humidificateur chauffant place de l'humidificateur actif ?

Algorithme d’utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité (ECH) en réanimation.

Anesthésie-Réanimation

Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle

Tableau III. – Description du filtre idéal.

Normes requises pour les échangeurs de chaleur et d’humidité (ISO 9360/1992 (E)) - Fuite de gaz sur l’ECH inférieure à 25 mL/min à une pression de 39 cmH2O - Chute de pression au travers de l’ECH inférieure à 5 cmH2O pour un débit de - 60 L/min (adulte) - 30 L/min (pédiatrie) - 15 L/min (néonatologie) - Matériel à usage unique - Emballage individuel Caractéristiques souhaitées - Espace mort inférieur à 50 mL - Conditionnement des gaz inspirés en fin d’inspiration et pour des volumes courants compris entre 200 et 1 000 mL Ha supérieure à 32 mg H2O/L Hr supérieure à 95 % - Poids inférieur à 40 g - Filtration bactériologique supérieure à 99,999 % - Connexion au capnomètre ECH : échangeur de chaleur et d’humidité ; Ha : humidité absolue ; Hr : humidité relative.

– l’élévation des pressions d’insufflation (éliminer une obstruction de l’ECHF ou une cause thoracique) ; – la baisse du volume courant ; – l’impossibilité de passer une sonde d’aspiration endotrachéale au travers d’une sonde préalablement perméable ; dans ce cas, la sonde est changée par le médecin.

Les normes requises pour les ECHF sont présentées dans le tableau III, ainsi que les caractéristiques de l’ECHF idéal. À noter qu’aucun minimum de température ou d’humidification n’est fixé par la norme ISO !

CHANGEMENT DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR ET D’HUMIDITÉ/FILTRES EN RÉANIMATION

Les recommandations des fabricants d’ECHF stipulent qu’ils doivent être remplacés toutes les 24 heures, mais il n’existe aucun support scientifique à cette assertion. Bien au contraire, plusieurs études cliniques montrent très clairement qu’une utilisation pour une durée supérieure peut parfaitement s’envisager. Djedaini et al ont évalué la possibilité de ne changer les ECHF qu’après 48 heures consécutives d’utilisation [11]. Il n’existe pas de différence entre les deux groupes étudiés en termes d’obstruction de la sonde endotrachéale, de fréquence d’atélectasies ou de pneumonies nosocomiales. Une autre étude [35] a montré que les performances techniques d’un ECHF hygroscopique n’étaient pas altérées par un emploi prolongé sur 48 heures, résultats retrouvés dans un autre travail pour une durée d’utilisation de 96 heures [33]. Davis et al [10] ont évalué 120 patients pour lesquels la durée d’emploi des ECHF était en moyenne de 4 jours et ils rapportent l’absence d’occlusion des sondes endotrachéales, résultats concordant avec ceux de Kollef et al [24] portant sur 163 patients ventilés avec le même ECHF pour une durée de 7 jours. La limite de cette étude était que les patients n’étaient évalués que les 7 premiers jours d’hospitalisation. Deux études, une sans groupe contrôle [31], et l’autre prospective et randomisée [33], ont évalué le changement d’ECHF tous les 7 jours.

Les conclusions sont claires, avec l’absence de risque d’obstruction de la sonde endotrachéale, l’absence d’augmentation de risque d’atélectasies et du besoin d’utiliser un HC [31, 33]. Dans l’étude de Thomachot et al [33], la durée de séjour en réanimation, l’incidence des défaillances viscérales, la durée de ventilation mécanique et la mortalité n’étaient pas affectées par le changement des ECHF tous les 7 jours.

Sur le plan infectieux, les études de Davis et al [10] et de Ricard et al [31] montrent que l’allongement de la durée d’utilisation des ECHF ne s’accompagne pas d’un risque accru de pneumonie nosocomiale.

Ceci est confirmé par le travail prospectif et randomisé de Thomachot et al [33] où la densité des pneumonies nosocomiales était de 32,5/1 000 jours de ventilation artificielle lorsque les ECHF

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étaient changés toutes les 24 heures et de 22,8/1 000 jours lorsque les changements étaient effectués tous les 7 jours.

Au total, une utilisation prolongée au-delà de 24 heures est possible avec les ECHF actuels. Le changement peut s’effectuer toutes les 48 heures au moins, et probablement tous les 7 jours, ceci sous réserve de suivre l’algorithme d’utilisation présenté dans la figure 7.

Sur le plan financier, si ces conclusions sont suivies, une importante économie pourrait être réalisée : pour une unité de 12 lits, avec 60 % de patients ventilés pour une durée moyenne de 7 jours, l’économie pourrait être de 10 671 euros (70 000 francs) pour un changement tous les 7 jours (calculs faits à partir d’un coût de 3 euros pour l’ECHF et pour 1 000 patients admis chaque année).

CONSÉQUENCES MÉCANIQUES À L’UTILISATION DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR ET D’HUMIDITÉ

L’introduction d’un ECH dans le circuit de ventilation en ligne avec le tube endotrachéal fait que celui-ci n’est pas simplement une partie du circuit de ventilation, mais aussi une partie de la filière ventilatoire artificielle (avec le tube endotrachéal, le raccord de connexion et la pièce en Y). Les modifications attendues après mise en place d’un ECHF sont probablement les suivantes : une augmentation de l’espace mort, une absence de modification des résistances inspiratoires, une augmentation des résistances expiratoires et une baisse du volume compressible [ 2 1 ] . Les conséquences potentielles sur la ventilation sont : une élévation de la ventilation minute, une hyperinflation pulmonaire dynamique et une positive end expiration pressure intrinsèque (PEEPi) qui induisent une augmentation du travail inspiratoire.

¶ Augmentation des besoins ventilatoires Pour un niveau donné de ventilation/minute, l’augmentation de l’espace mort consécutive à la mise en place de l’ECHF conduit à une baisse de la ventilation alvéolaire et à une augmentation de la pression partielle en gaz carbonique (PaCO2). Chez des patients ventilés avec une aide inspiratoire, on a observé une augmentation significative de la ventilation/minute, qui peut être supérieure à 1 L/min [22, 25, 29]. En pratique, pour les patients ventilés avec une technique de volume contrôlé, il faut augmenter le volume courant de la valeur de l’espace mort du filtre (soit environ 50 à 70 mL).

Pour ceux ventilés en aide inspiratoire, il faut augmenter le niveau d’aide. Ces répercussions sont modestes chez des patients aux poumons sains et/ou peu lésés [22, 23] ; elles représentent un baro- et un volotraumatisme supplémentaires chez les autres. En cas de syndrome de détresse respiratoire aiguë sévère, la suppression de l’ECHF peut s’accompagner d’une baisse très significative de la PaCO2 chez les patients soumis à une hypercapnie permissive [20].

¶ Effets sur les résistances inspiratoires Les ECHF sont des dispositifs à basse résistance : 0,5 à moins de 4 cm H2O·L-1·s-1 pour un débit de 60 L/minute. Ceci n’a pas de conséquence en cas de ventilation en volume contrôlé. La charge résistive peut être évaluée en comparant les pressions de pic et de plateau avec et sans ECHF. En cas de ventilation en aide inspiratoire, la faible augmentation de résistance inspiratoire peut être compensée par une augmentation du niveau de l’aide ou une augmentation du travail ventilatoire si le patient peut le faire.

¶ Résistance expiratoire et « positive end expiration

pressure » intrinsèque L’ECHF augmente les résistances à l’expiration en ralentissant la vitesse du flux gazeux expiratoire. Il en résulte un risque d’hyperinflation pulmonaire dynamique quand l’expiration ne peut se faire totalement avant le début de l’inspiration suivante. Plus exactement, la PEEPi résulte d’une vitesse d’expiration trop lente et/ou d’un temps expiratoire trop court. Une augmentation modérée de la PEEPi a été retrouvée lors de l’emploi d’ECHF, chez des patients ne présentant pas de pathologies pulmonaires chroniques [22, 29] . En revanche, chez des patients présentant une 5

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Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle Anesthésie-Réanimation

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Tableau IV. – Effets mécaniques induits par l’emploi d’humidificateurs chauffants (HC) et d’échangeurs de chaleur et d’humidité sans (ECH) et avec (ECHF) membrane filtrante.

HC

ECH

ECHF

+++

0/+

+

Espace mort

0

++

++

Résistance inspiratoire

±

±

+

Resistance expiratoire

0

+

++

PEEPi

0

0

+

Travail ventilatoire

0

+

++

Volume compressible

A Membrane filtrante d'un ECHF*

PEEPi : positive end expiration pressure.

bronchopneumopathie obstructive, l’emploi d’ECHF n’augmente pas la PEEPi [7]. Ceci s’expliquerait par le fait que la résistance externe imposée par l’ECHF pourrait s’opposer au collapsus bronchique expiratoire et que le résultat net serait l’absence de modification de l’hyperinflation dynamique.

Quand elle est présente, l’augmentation de PEEPi pourrait expliquer l’augmentation de pression partielle en oxygène qui a été parfois observée après introduction d’un ECHF. Le tableau IV résume les effets mécaniques observés avec les humidificateurs actifs, les ECH et ECHF. ÉCHANGEURS DE CHALEUR ET D’HUMIDITÉ/FILTRES ET TEMPÉRATURE CORPORELLE EN ANESTHÉSIE

La température corporelle n’est pas modifiée pour des interventions de courte durée en circuit ouvert, que ce soit avec ou sans utilisation d’un ECHF [15]. Pour des interventions de plus longues durées, les avis sont partagés. Certaines études retrouvent une meilleure conservation de la température corporelle lors de l’utilisation d’un ECHF. D’autres publications, comme celle de Goldberg et al [14], ne retrouvent pas de relation entre le type de conditionnement des gaz inspirés et la température corporelle, mais entre la température corporelle et la durée de l’intervention.

Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité/filtres et prévention des infections nosocomiales PRINCIPE DE FILTRATION

La présence d’une sonde d’intubation court-circuite une partie des voies respiratoires supérieures qui est consacrée à la filtration des gaz inspirés. La filtration antimicrobienne systématique des gaz administrés devient donc indispensable. Le but de cette filtration est double : protéger le ventilateur et ses tuyaux d’un patient potentiellement contaminant et protéger un patient des gaz inspirés d’un ventilateur ou de tuyaux de ventilateur contaminés.

¶ Mécanismes de la filtration Les particules sont filtrées selon trois mécanismes qui dépendent de leur taille : les grosses particules de plus de 1 µm sont arrêtées par interception directe. Ces particules restent à l’extérieur de la membrane filtrante (fig 8). Les particules de 0,5 à 1 µm sont filtrées par un mécanisme d’interception par inertie. Ces particules entrent en collision avec les fibres de la membrane lors de la traversée de celle-ci (fig 8). La filtration des bactéries se fait selon ce principe. Le dernier principe est l’interception par diffusion. Les particules de taille inférieure à 0,5 µm (les virus) sont interceptées lors de leur diffusion au sein du filtre sous l’effet de leurs mouvements browniens [18, 28].

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* B

* C 8

Mécanisme de filtration des membranes filtrantes des échangeurs de chaleur et d’humidité/filtres (ECHF).

A. Interception directe : particules supérieures à 1 µm.

B. Interception par inertie : particules entre 0,5 et 1 µm.

C. Interception par diffusion : particules inférieures à 0,5 µm.

Une filtration électrostatique est décrite par certains fabricants. Elle serait d’autant plus efficace que le milieu est sec. Ce mécanisme fonctionnerait donc de façon optimale avec un milieu filtrant hydrophobe.

¶ Matériaux de filtration Certains fabricants comme le laboratoire Pall TM utilisent des membranes filtrantes de leur fabrication. Les autres laboratoires utilisent des membranes fabriquées par d’autres spécialistes de la filtration, tels que les laboratoires 3 MTM. Ceux-ci proposent des membranes de qualité et d’efficacité différentes (épaisseur, porosité, puissance de filtration).

¶ Efficacité de la filtration Tous les filtres du marché ne présentent pas la même efficacité de filtration.

Il n’existe aucune norme reconnue, ni de consensus, définissant les conditions expérimentales d’évaluation de l’efficacité de ces dispositifs (matériel utilisé, germes testés, concentration de l’inoculum, nature de l’aérosol…). Ainsi, les différents procédés utilisés par les laboratoires empêchent toute comparaison correcte entre les filtres de différentes marques. Les paramètres variables sont les débits gazeux appliqués, la nature des germes testés, la concentration de l’inoculum, le nombre total de germes arrivant sur le filtre, la façon dont la dispersion de la suspension microbienne a été effectuée et la durée de la filtration.

FILTRATION EN ANESTHÉSIE

L’utilisation d’un ECHF au cours de l’anesthésie est longtemps restée, pour certains, une dépense non justifiée devant la très faible incidence des pneumopathies postopératoires. Cependant, Ragg [30] rapporte en 1994 qu’un patient avec une hépatite C a contaminé quatre patients qui avaient été ventilés avec le même ventilateur.

Cet argument paraît suffisamment fort pour justifier l’utilisation d’un ECHF, afin d’éviter la contamination des patients par le matériel servant à la ventilation mécanique. En décembre 1997, la Société française d’anesthésie-réanimation recommandait l’utilisation d’un ECHF pour chaque patient pour toutes les anesthésies avec ventilation mécanique.

Anesthésie-Réanimation

Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle

« S’il n’est pas démontré scientifiquement qu’un filtre bactérien et viral diminue la fréquence des infections respiratoires postopératoires, son utilisation est cependant recommandée pour des raisons de prévention des risques potentiels de contamination croisée et d’amélioration de la gestion des changements des circuits.

Un filtre bactérien et viral pour chaque patient doit être placé au niveau de la pièce en Y et changé après chaque patient.

L’hydrophobicité du média filtrant, l’efficacité de rétention à 99,9999 %, une réduction de titre testée pour des micro-organismes (bactéries et virus) en aérosol monodispersé et ayant la plus petite taille possible sont les critères actuellement retenus d’efficacité microbiologique pour un filtre bactérien et viral » [16] (http : //www.sfar.org/recomhygiene.html).

PRÉVENTION DES INFECTIONS PULMONAIRES NOSOCOMIALES EN RÉANIMATION

Les pneumonies nosocomiales acquises au cours de la ventilation artificielle sont la première ou la deuxième cause d’infections nosocomiales chez les patients de réanimation [8]. Elles entraînent une augmentation de la durée et des coûts de l’hospitalisation [8], voire une augmentation de la mortalité [26]. De telles complications méritent assurément une prévention efficace. Durant la ventilation mécanique avec un HC, il existe une importante condensation dans le circuit de ventilation qui devient rapidement contaminé, ce qui peut être le point de départ d’une colonisation bronchique et d’une infection secondaire. Les ECHF sont des dispositifs qui ont démontré leur excellente capacité à filtrer les bactéries véhiculées par l’air ou l’eau [18]. Par ailleurs, ils réduisent considérablement la condensation dans les circuits. Si ces propriétés semblent très intéressantes, il faut rappeler que les pneumonies acquises sous ventilation mécanique sont aussi reliées à la colonisation de l’oropharynx et de la trachée, et que de garder propres les circuits de ventilation pourrait n’être que de peu de bénéfice. Ceci est confirmé par plusieurs études, où l’emploi d’ECHF ne semble pas modifier l’incidence des pneumonies nosocomiales. Comparé à l’emploi d’un HC où l’incidence des pneumopathies était de 11,4 % (intervalle de confiance à 95 % : 5,4 à 21,3 %), l’emploi d’un ECHF s’accompagne d’une incidence de 9,8 % (intervalle de confiance à 95 % : 3,5 à 20,2 %) [12] . Dans deux études évaluant l’utilisation d’ECHF, Thomachot et al, par comparaison avec des séries historiques, retrouvaient des densités d’infections similaires avec utilisation d’ECHF ou d’HC, de l’ordre de 25 à 30 pour 1 000 jours de ventilation [33, 35]. Seuls Kirton et al [23] retrouvent un effet favorable à l’emploi d’un ECHF. Dans cette étude, l’ECHF permet de diminuer significativement la densité d’infections pulmonaires nosocomiales tardives (apparition au-delà du troisième jour) de 26/1 000 jours de ventilation (groupe HC) à 12/1 000 jours de ventilation (groupe ECHF). Les densités d’infection des pneumopathies précoces (de 0 à 3 jours) étaient semblables dans les deux groupes (31/1 000 jours de ventilation [HC] et 35/1000 jours de ventilation [ECHF]). Selon les

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auteurs eux-mêmes, ces résultats ne concernent que les patients de réanimation chirurgicale, chez lesquels les pneumonies nosocomiales sont plus fréquentes que pour les autres patients de réanimation. En l’état actuel des connaissances, l’emploi d’ECHF ne peut pas être recommandé pour réduire l’incidence des pneumonies nosocomiales en réanimation.

Conclusion L’utilisation des ECH (ou ECHF) est satisfaisante et suffisante dans un très grand nombre de situations cliniques, tant en anesthésie qu’en réanimation. La capacité d’un ECH à réchauffer et humidifier devient inadéquate quand les aspirations trachéales deviennent épaisses, quand il est nécessaire de pratiquer de nombreuses instillations trachéales avant les aspirations trachéales, ou devant la survenue d’une occlusion de la sonde d’intubation ou d’une atélectasie. Il faut alors avoir recours à un HC. L’emploi d’un HC d’emblée est préférable dans certaines situations comme le syndrome de détresse respiratoire aiguë de l’adulte afin de diminuer l’espace mort, chez les sujets bronchopathes et lorsque la ventilation/minute est supérieure à 15 L/minute. L’emploi d’un HC est indispensable en cas d’hypothermie marquée ou de fistule bronchopleurale.

Points essentiels • Dans une grande majorité de cas, le conditionnement des gaz inspirés par un ECH est tout à fait satisfaisant.

• Les deux contre-indications formelles à l’utilisation d’un ECH sont l’hypothermie marquée (< 34 °C) et la fistule trachéobronchique.

• L’ECH doit être positionné au-dessus de la sonde endotrachéale.

• Il doit être changé dès qu’il est souillé par les sécrétions bronchiques du patient ou tous les 7 jours.

• Il faut utiliser un HC plutôt qu’un ECH en présence d’aspirations trachéales sèches ou visqueuses, d’une occlusion de la sonde endotrachéale, de la survenue d’une atélectasie ou d’une hypothermie.

• Le travail ventilatoire du sujet bronchopathe chronique ventilé mécaniquement avec un ECH peut être augmenté par une élévation de la PEEPi et, ainsi, gêner le sevrage.

• Au cours de l’hypercapnie permissive, l’utilisation d’un HC est préférable à celle d’un ECH, du fait de l’importance de son espace mort.

• L’incidence des pneumonies acquises sous ventilation mécanique après 7 jours d’utilisation d’un même ECH ne diffère pas de celle observée après un changement journalier.

Références ➤

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Utilisation des échangeurs de chaleur et d’humidité pour la ventilation artificielle Anesthésie-Réanimation

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