Interaction patient-ventilateur

DESC Ranimation MdicaleMarseille 2008M. Gainnier Ranimation Mdicale - Marseille

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: 106-19

Ventilation spontane-assisteInspiration dclenche par le patientDclenchement s/ signal en dbit ou en pressionVolume ou pression consigneTemps inspiratoire dtermin par le ventilateurKacmarek & Hess, 65-110, in Tobin MJ Principles & Practice of Mechanical Ventilation, 1994Pilbeam SP, 188-223, in Pilbeam SP Mechanical Ventilation, 1998Temps inspiratoire dtermin par le patientModes ventilatoires synchrones avec le patientPas de frquence propre du ventilateurSoutien ventilatoire partielAslanian & Brochard, 817-846, in Marini & Slutsky Physiological basis of Mechanical Ventilation 1998

Dbut Ti neuralDbut Insufflation MachineFin Ti neural (Pmus)Fin Ti neural (EMG)Fin Insufflation MachineFernandez et al., AJRCCM 1999; 159:710-9

PHASE INSP MACHINE (Ti mach)PHASE INSP PATIENT (Ti neural)T neural totT tot machineFernandez et al., AJRCCM 1999; 159:710-9ASYNCHRONIEASYNCHRONIE

Pappl = Pmus+Paw = (VTErs)+(V'IRrs)Feedback: neuro-mcanique chimiqueFeedback: triggerpressionscyclageProfil volume en f(t)

Contrle respiratoireGnrateur de rythmeIntensitTimingSIGNAL DE SORTIEMOTEURAffrencesMusculairesRcepteursPulmonairesRcepteursVASHormonesDroguesTempratureEmotionsSensationsExerciceVeilleSommeilChmorcepteursCentrauxPriphCardiovasculaire

Profils ventilatoiresPression inspiratoire

Dure de la pressurisation

Pente de pressurisationIntensit de leffort insp.

Dure de leffort insp.

Pente de pressurisationD'aprs Yamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150

Ventilateur

- trigger inspiratoire- fonction de pressurisation- niveaux de pression- consigne de cyclagePatient

- ti neural- fonction de pressurisation- Pmusmax- te neuralParamtres rgulsD'aprs Yamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150

Ti neuralTe neuralTi neural

Consquences dltres des asynchronies patient-ventilateur Besoins en Sdation WOB Lsions Muscles respiratoires Hyperinflation dynamique Sevrage prolong Dure de Sjour CotsNilsestuen and Hargett Resp Care 2005; 50: 202-32 Tobin AJRCCM 2001; 163: 1059-1063

Patients ventils au long coursPatients avec et sans AsynchronieChao et al. CHEST 1997; 112:1592-99

Echec de dclenchement et sevrageChao et al. Chest 1997;112:1592 Dclenchement 155 patients 57% WS Efforts non rcompenss 19 patients 16% WS80400-40PesFlowPaw

Asynchronie patient-ventilateur: prvalenceThille et al., Intensive Care Med 2006; 32: 1515-152262 pts en VM > 24 hIndice d'asynchronie = _______ n vnements________ x 100(frq. ventilateur + frq. efforts ineff.)Svre si > 10% Efforts inspiratoires inefficaces Double dclenchements Auto-dclenchements Cycle court (suggre cyclage prcoce) Cycle prolong (suggre cyclage tardif)

Asynchronie patient-ventilateur: prvalenceThille et al., Intensive Care Med 2006; 32: 1515-152262 pts en VM > 24 h15 pts (25%) avec indice d'asynchronie > 10 %mdiane 26 % (18-37)

Evnements: Efforts inefficaces 85 %Double dclenchement 13 %

Thille et al. ICM 2006; 32: 1515-22Effet de lasynchronisme patient - ventilateur sur la dure de VM et le pronostic

Graph1

725

87 %

p = 0,005

IA < 10 % (n=47)

IA >= 10 %(n=15)

Graph2

0.490.87

0.040.33

0.320.47

p = 0,01

p = 0,007

NS

IA < 10 % (n=47)

IA >= 10 %(n=15)

Feuil1

IA < 10 % (n=47)IA >= 10 %(n=15)IA < 10 % (n=47)IA >= 10 %(n=15)

Dure VM (jours)725Dure VM >= 7 jours49%87%

Tracho4%33%

Mortalit32%47%

Feuil2

Feuil3

Les rglages de lAI (Hors alarmes)FiO2AIETSPEPTrigger InspPentePressionDbitOPTIONNEL

How is mechanical ventilation employed in the intensive care unit ?An international utilization rewiewEsteban et al. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: 1450-1458Sevrage412 ICUs1'638 pts32-404-824-323-217-1295 % CI%

Aide inspiratoireRponse l'effort inspiratoire("Trigger")PressurisationCyclage I:EPawTempsNiveau d'AIMacIntyre et al., Chest 1990; 97: 1463-1466Tobin et al., Am J Respir Crit Care Med 2001; 163: 1059-1063

PawTempsRponse l'effort inspiratoire("Trigger")

Trigger (Dclenchement)Systme nerveux centralNerf phrniqueExcitation diaphragmatiqueContraction diaphragmatiqueExpansion thoraco-pulmonairePression, dbit, volumeVentilateurSolution idaleTechnologie actuelle

PEP052Seuil -3PhasePrtriggerPhasePosttriggerabRponse du ventilateur la demandePhase pr et post trigger

Richard et al., Intensive Care Med 2002; 28:1049-1057

Richard et al., Intensive Care Med 2002; 28:1049-1057New generationPrevious generationPiston/turbine

Effort de dclenchementLeung et al, AJRCCM 1997;155:1940Temps, sec0123410-120100-5100-5FlowL/secPawcm H2OPescm H2O

Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940Post-Trigger PTP, cm H2O.s20

15

10

5

0r = 0.780 20 40 60Respiratory Drive (dP/dt), cm H2O/sEffort in Post-Trigger Phase isProportional to Drive at Breath Onset

Effets proinflammatoire dun effort inspiratoire contre charge rsistive (75% vs 35% Pmax)N = 11 sujets sainsVassilakopoulos et al.Am Journal Physiol 1999; 277:R1013-1019

Load-Induced Structural InjuryOrozco-Levi et al. AJRCCM 2001;164:1734

Load-Induced Structural InjuryOrozco-Levi et al. AJRCCM 2001;164:1734 Diaphragm injury(sarcomere disruptions, n/100 m2)10203040FEV1 (% pred)5012080400

Efforts inspiratoires inefficacesFabry et al., Chest 1995; 107: 1387-1394

Asynchronie de dclenchementChao et al., Chest 1997; 112: 1592-1599

Echec de dclenchement1030FlowL/secPaw

cm H2OPes

cm H2O203

0

-220

05

0

-100Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940

Asynchronie de dclenchementChao et al., Chest 1997; 112: 1592-1599

Determinants de lchec de dclenchementVolume CourantTemps ExpiratoirePEEPI,dyn, cm H2O510

480

450

10001.6

1.4

1.2

1.0

04.5

4.0

3.5

3.0

0.5

0.0p < 0.02p < 0.001p < 0.001Cycles precedent un dclenchement

Leung et al AJRCCM 1997;155:1940

Leung et al, AJRCCM 1997;155:1940Determinants des efforts inefficacesPEEPi,rs, cm H2OResistance, cm H2O/L/sElastance, cm H2O/L040206040200480Wasted PTP, cm H2O.s/min100510051005r=0.85r=-0.61r=0.77

BPCO: problme de la PEP intrinsque (PEPi)Pao0 cmH2OPao0 cmH2OPpl 0 -> -2cmH2OPpl +10 -> -2cmH2ONormalPEPi 10 cmH2ODP 2 cmH2ODP 12 cmH2OPalv+10 -> -2cmH2OPalv0 -> -2cmH2O

Application de PEPe en prsence de PEPi: effet sur les efforts inspiratoires inefficaces Nava et al. , Intensive Care Med 1995; 21: 871-879i/50PTPi (cmH2O/s-1)** p < 0.05

Giulani, AJRCCM, 1995

Am J Respir Crit Care Med 1998; 157: 135-143

Nature Medicine 1999; 5: 1433-1436

Sinderby et al, Nature Med 1999;5:1433Time (s)Pressure and Neural TriggeringNeural triggerAirway pressure(cm H2O)Airway pressure(cm H2O)Diaphragmaticelectricalactivity(a.u.)Diaphragmaticelectricalactivity(a.u.)0100100100100102030TriggerthresholdAirway pressure trigger

Sonde NAVA

Sonde NAVA

Sonde NAVA : Mise en Place

Sonde NAVA : Mise en Place

F = 60/minF = 24/minBPCO : VSAI 15 PEEP 5 - ETS 20%

BPCO : NAVA 5 cmH2O/volts PEEP 5

Asynchronie de dclenchement: dterminants principauxFacteurslis auventilateurAffectant le seuil de dclenchementFaible sensibilit du "trigger""Trigger" en pressionRsistance/compliance/fuite s/circuitInfluenant l'auto-PEEPVT levDbit inspiratoire faibleFacteurslis aupatientAffectant la pression inspiratoireHyperinflation marqueFaiblesse muscles respiratoiresVolet costal/sternalInfluenant l'auto-PEEPDemande ventilatoire leveConstante de temps leveY

PressurisationPawTemps

Importance de la pente de pressurisation

Pente de pressurisation et confortChiumello et al. Eur Respir J 2001; 18: 107-114n = 10 pts intubs

Niveau d'AIPawTemps

Aide inspiratoire et charge impose aux muscles respiratoiresBrochard et al. Am Rev Respir Dis 1989; 139: 513-521PS cmH2O%8 patients avec BPCO, intubs et en sevrage de la VM

Niveau d'aide inspiratoire et efforts inspiratoires inefficacesLeung et al., Am J Respir Crit Care Med 1997; 155: 1940-1948n inspiratory attempts/min.% support

Asynchronie patient-ventilateur: incidenceThille et al., Intensive Care Med 2006; 32: 1515-1522

Efforts inspiratoires inefficaces et niveau d'AIThille et al., Ranimation 2007; 16 (Suppl 1): S170n = 11 pts, AI 19 2 -> 13 2 cmH2O

Jolliet & Tassaux, Crit Care 2006;10(6):236 Respiratory Respiratory muscle muscle workloadworkloadNiveau dAide augmentation hyperinflation Cyclage retard PEEPi Efforts Insp inefficaces inconfort tachypne inconfort hypercapnieOptimal Optimal PS levelPS levelAssistanceInsuffisanteAssistanceExcessive

Rglage automatique de l'AIDojat et al., Am J Respir Crit Care Med 2000;161:1161-1166PS 17 419 6cmH2O

Cyclage I:EPawTemps

Les systmes darrt de linspiration en Aide InspiratoiresecondessecondesdclenchementPEP = 10 cmH2O2040402030201000 Dbit ( l.min-1 ) Paw ( cmH20 ) 10Le dbit de coupureLe dpassement du niveau daide inspiratoireLa limitation du temps inspiratoire

PressureFlowTimeV'tiNeural tiAI et cyclage inspiration - expirationYamada et al., J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150Sinderby et al., Nature Med 1999; 5: 1433-1436V'peak(IEMGd) Synchronisation idaleV'insp = V'tiET = V'ti/V'peakV'ti = Dbit inspiratoire la fin du TinET = V'insp/V'peak

Yamada et al., J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150

Pmusmax-Pmusmax(1-t/Ti)2 + Pps.(1-e-t/tv) = E.V + R.VEquation diffrentielle du Premier DegrSolution pour V = 0 t = 0 ?Yamada et al., J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150

Yamada, JAP, 2000Le cyclage idal modlis mathmatiquement est fonction de t/TiPps/Pmusmaxtp/Titv/Ti

Bases thoriques

Dterminants de V'ti/V'peak

0

1

3

Cyclage I:E en aide inspiratoireYamada & Du, J Appl Physiol 2000; 88: 2143-2150Synchronisation idaleET = V'ti/V'peak Niveau d'AI Pression dveloppe par muscles resp.V'ti/V'peak dtermin par: Mcanique syst. resp. ti neural

Tiexcess sDPes cmH2O**#** p < 0.05 vs. ET 0.10; # p < 0.05 vs. 0.25Am J Respir Crit Car Med 2005;172:1283-1289

Am J Respir Crit Car Med 2005;172:1283-1289PEEPi cmH2O**#* p < 0.05 vs. ET 0.10; # p < 0.05 vs. 0.25

Tokioka et al., Anesth Analg 2001;92:161-165Adjusting expiratory trigger in ALI/ARDS

CW Recoil PressurePes

Cycling during pressure support with airflow limitationParthasarathay et al., Am J Respir Crit Care Med 1998; 158: 1471-1478

Triggering Non-triggeringParthasarathy et al. AJRCCM 1998;158:1471Angle de phase entre le Te Neural et le Te mcaniqueJubran et al. AJRCCM 1985;152:129 Leffort expiratoire augmente avec le niveau daide0* *05102084PSV Level, cm H2OPTPexp/breath, cm H2O

Cyclage tardif Temps expiratoire -> vidange pulmonaire Hyperinflation dynamique/PEPi Dlai de trigger Effort insp. Efforts inspiratoiresinefficaces Charge imposemuscles resp.Parthasaraty et al., Am J Respir Crit Care Med 1998; 158: 1471-1478Jubran et al., Am J Respir Crit Care Med 1995; 152: 129-136

1 minParthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423C4-A1O3-A2ROCLOCChinLegVTRCABSpO2EKGAssist-ControlPressure Support

0255075100 Arousals plus Awakenings per hourParthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423AssistControlPressureSupportp

Parthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423Effect of Mode and Sleep on Controller FunctionMinute VentilationAssistControlPressureSupportVT/TI During Sleepml/secApneasNoApneas*L/min30

20

10

0WSWS

Apneas per HourAssist

ControlPressure

Support90

60

30

0Pressure SupportInduces Apneasp

Sleep Increases Inspiratory Time andExpiratory Time during Pressure SupportParthasarathy, AJRCCM 2002;166:1423Inspiratory TimeSecondsAssistControlPressureSupport(23% increase with PS)p

Aspects pratiques

Efforts inspiratoires inefficaces "Trigger" inspiratoire bien rgl ? Cyclage tardif ? Aide inspiratoire PEEPe

Efforts inspiratoires importants Pente de pressurisation Aide inspiratoire

Cyclage tardif (activit musculaire expiratoire) Aide inspiratoire Consigne de cyclage paramtrable Cyclage en temps

Trac de la Pression des voies ariennes (Paw), du dbit (Flow), du volume (volume), de lEMG diaphragmatique brut (raw Edi), EMG aprs retrait de lECG et rectification (processed Edi), EMG moyenn et intgr (Edi MA), et enfin de la Pmus calcule partir de lquation de mouvement (Pmus = VR + VtE Paw).La marque A dsigne le dbut du Ti neural, cest le point qui correspond au moment o la Pmus augmente et o il existe des modifications de sens des tracs de Paw et de Dbit. Le point B correspond au dclenchement du ventilateur, cest le point ou la pression commence changer de sens.Le point C1 correspond la fin du Ti neural dfini sur la Pmus et correspond au point o la Pmus commence baisser.Le point C2 correspond la fin du Ti neural dfini sur lEMG et correspond au point o EMGdiMA commence diminuer.Le point D correspond la fin du cycle mcanique, cest le point o la Paw et le dbit diminuent de manire rapide. TI neural (ou Ti patient) correspond lintervalle AC. Le temps de dclenchement (Ttr) correspond lintervalle AB. Lintervalle CD correspond la diffrence entre le Tin et la fin cycle mcaniqueLe volume thorique est le volume la fin du Ti (point C1 ou C2)Ttot est gal la diffrence de temps entre les deux points A.Trac de la Pression des voies ariennes (Paw), du dbit (Flow), du volume (volume), de lEMG diaphragmatique brut (raw Edi), EMG aprs retrait de lECG et rectification (processed Edi), EMG moyenn et intgr (Edi MA), et enfin de la Pmus calcule partir de lquation de mouvement (Pmus = VR + VtE Paw). Le mode ventilatoire est laide inspiratoire (AI). Les marques (A, B, C1, C2, D) ont le mme sens que la prcdente diapositive. Pour un synchronisme parfait, il faudrait que Tneural tot = Ttot machine.Le signal idal pour dclencher le ventilateur serait de rcuprer linformation de dbut dune inspiration au niveau du systme nerveux central (SNC), l ou le signa nat. Il est vident, compte tenu de la technologie actuelle, quen pratique cela est impossible.Lorsque lordre pour dmarrer une inspiration nat du SNC, il chemine par les voies nerveuses jusquau muscles respiratoires ce qui gnre une contraction diaphragmatique et une expansion thoracique. Cette expansion pour consquence de gnrer son tour des signaux de pression, dbit et volume. Ce sont ces signaux qui sont recueillis pour dmarrer le ventilateur.Comparaison des valeur du produit pression temps (PTP) qui est un quivalent du travail respiratoire en fonction de la nature du trigger utilis pour dclencher un cycle mcanique. On observe que le trigger en dbit rduit de manire significative le travail li au dclenchement et le travail ventilatoire post-trigger. Ceci est galement le cas en CPAP et chez le BPCO ventil.