P. Ventilation mécanique en altutude simulée - École du Val-de

Pratique médico-militaire
Ventilation mécanique en altitude simulée : étude du
ventilateur T-bird VS02.
J.-P. Tourtier, T. Leclerc, A. Cirodde, N. Libert, A. Le Noel, E. Forsans, M. Man, M. Borne.
– Service de réanimation, Hôpital d’instruction des armées du Val-de-Grâce, 74 boulevard du Port royal – 75005 Paris.
– Laboratoire de médecine aérospatiale, Institut de recherche biomédicale des armées – 91223 Brétigny-sur-Orge.
Article reçu le 4 août 2009, accepté le 17 août 2010.
Résumé
Le transport aérien de patients intubés ventilés est devenu une réalité militaire quotidienne. Nous avons étudié l’aptitude
du T-bird VS02, ventilateur à turbine, à délivrer en hypobarie un volume courant, sur un poumon normal. L’étude a été
effectuée au laboratoire de médecine aérospatiale de la Direction générale de l’armement. Grâce à une chambre
hypobare, nous simulions des altitudes cabines de 1 500, 2 500 et 3 000 mètres. La valeur de l’altitude cabine était entrée
manuellement dans l’interface du ventilateur pour qu’il effectue les corrections altimétriques prévues par le constructeur,
ou au contraire cette manipulation était omise. Dans les deux cas, nous envisagions plusieurs réglages du ventilateur
concernant le volume courant (700 et 400 ml) et la fraction inspirée en oxygène (50 % et 90 %). Nous calculions le
volume réellement délivré (chaîne de mesure du laboratoire de médecine aérospatiale de la Direction générale de
l’armement au centre d’essais en vol de Brétigny). Avec correction altimétrique, le ventilateur délivrait à 1 500 mètres un
volume courant variant de moins de 10 % par rapport au volume réglé. Une variation négative de plus de 10 % existait
entre le volume délivré et le volume courant consigne à partir de 2 500 mètres. En l’absence de prise en compte de
l’altitude cabine, l’altération du volume délivré était si importante qu’elle excluait une ventilation fiable.
Mots-clés : Altitude. EVASAN, Évacuation sanitaire aérienne. Hypobarie. Oxygène. Ventilateur de transport.
Ventilation mécanique.
Abstract
MECHANICAL VENTILATION AT SIMULATED ALTITUDE: PERFORMANCE OF VENTILATOR T-BIRD VS02.
T-bird VS02 is a ventilator built with a turbine technology and designed to stay with the patient throughout the
continuum of care. During air-evacuations, the cabin altitude value should be manually input. That might be tedious. We
have assessed the ability of the T-bird VS02 to deliver a set tidal volume at high altitude in two cases : with and without
input of cabin altitude. We used a decompression chamber to mimic the hypo barometric environment at a range of cabin
simulated altitudes of 1 500, 2 000 and 3 000 meters. A model of normal lung was used. Ventilator was tested with set
tidal volume of 400 and 700 ml and various inspired oxygen content (50 %, 90 %), with and without input of cabin
altitude. We measured the volume really delivered with dedicated instrument of the French physiological laboratory of
aviation and space medicine of the Air Force. At 1 500 m, the variations between Vt set and delivered were less than
10 %. Performances were reduced regarding tidal volume at 2 500 meters, with a negative variation of more than 10 %
compared to tidal volume set. Performances of the T-bird VS02 were dramatically reduced if the value of cabin altitude
was not manually input. As far as tidal volume is a critical point concerning aero evacuations clinician involved must
keep in mind performance of his own ventilator.
Keywords: Air medical evacuation. Altitude. Hypobaric. Mechanical ventilation. Medevac. Oxygen. Transport ventilator.
J.-P. TOURTIER, médecin en chef, praticien certifié. T. LECLERC, médecin
principal, praticien confirmé. A. CIRODDE, médecin lieutenant, interne des
hôpitaux des armées. N. LIBERT, médecin lieutenant, interne des hôpitaux des
armées. A. LE NOEL, médecin lieutenant, interne des hôpitaux des armées. E.
FORSANS, médecin lieutenant, interne des hôpitaux des armées. M. MAN,
ingénieur d’étude et de fabrication. M. BORNE, médecin en chef, praticien certifié.
Correspondant : J. –P. TOURTIER, Service de réanimation, Hôpital d’instruction
des armées du Val-de-Grâce, 74 boulevard du Port royal – 75005 Paris.
E-mail : [email protected]
médecine et armées, 2010, 38, 5, 405-408
Introduction.
Le transport médicalisé à bord d’aéronefs de patients
intubés ventilés est devenu une réalité militaire
quotidienne (1-3). Après prise en charge initiale dans les
structures médicales de l’avant, les patients doivent être
rapidement évacués vers la métropole pour poursuivre et
optimiser les soins. L’évacuation aérienne est, pour
405
l’équipe médicale de convoyage, un véritable challenge
dont l’objectif est d’assurer la continuité de surveillance
et de soins digne d’un service de réanimation.
La diminution de la pression barométrique en altitude,
malgré la pressurisation des cabines, impose une
adaptation des ventilateurs pendant le vol (4, 5). En effet
l’hypobarie est responsable d’une variation des volumes
(loi de Boyle et Mariotte). Face à la grande diversité
des ventilateurs, il est essentiel de définir les avantages
et les limites de chaque type de machine en altitude.
L’enjeu est de permettre d’anticiper les contraintes
pratiques d’usage d’un ventilateur dans ces conditions
atypiques.
Notre objectif était d’évaluer la fiabilité du ventilateur
à turbine T-bird VS02 pour ventiler un patient à
poumon normal, en simulant des altitudes cabines de
1 500, 2 500 et 3 000 mètres, avec ou sans correction
altimétrique.
Matériels et méthodes.
Simulation de la ventilation.
Les essais se sont déroulés sur le ventilateur VT1
Bioteck TM . Résistance et compliance du poumon
artif iciel ont été modulées pour simuler un poumon
normal (résistance : 5,6 cm H2O/L/min ; compliance :
50 ml/cm H 2 O). Deux volumes courants ont été
testés : 400 et 700 ml, avec deux FiO2 différentes : 50 %
et 90%. La fréquence de ventilation était douze cycles/min
et le rapport temps inspiratoire sur temps expiratoire
à 1/2 (Ti/Te). La branche inspiratoire du circuit délivrait
le mélange gazeux au poumon artificiel qui le renvoyait
au ventilateur par la branche expiratoire. La valeur
de l’altitude cabine était entrée manuellement dans
l’interface du ventilateur pour qu’il effectue les
corrections altimétriques prévues par le constructeur,
ou au contraire cette manipulation était omise.
Simulation de l’altitude.
différentielle ± 2 hPa à mutuelle induction EnertecTM, une
centrale de mesure Hewlett Packard TM , un système
d'acquisition et d'intégration de débit. Cette chaîne
de mesure a été étalonnée en volume à l'aide d'une
pompe sinusoïdale de calibrage utilisée comme
modèle respiratoire. Les conditions ambiantes de
pression et de température (conditions TAP), influençant
les mesures de volume, ont été évaluées respectivement par : un capteur de pression absolue pour la
mesure de la pression barométrique dans le caisson
d'altitude (précision ± 10 hPa), une thermistance placée
sur le pneumotachographe pour la mesure de la
température du mélange gazeux (précision ± 1 °C).
Traitement et exploitation des données.
Le traitement des données a été réalisé à partir
des fichiers informatiques d'acquisition du signal de
débit (dV/dt). Le volume délivré était calculé par
intégration de la phase inspiratoire du signal de débit,
en tenant compte : du coefficient d'étalonnage déterminé avec la pompe sinusoïdale de calibrage, du
coefficient de viscosité du mélange gazeux déterminé
par extrapolation linéaire des viscosités respectives
de l'air et de l'oxygène, de la température du mélange
gazeux. Pour chaque altitude simulée, trois mesures
de volume délivré ont été faites pour les deux valeurs
de Vt de consigne. Moyenne et écart-type ont été calculés.
La comparaison entre Vt de consigne et volume délivré
était effectuée par un test de Student.
Résultats.
Aux trois altitudes simulées, pour chaque Vt consigne,
avec ou sans correction manuelle altimétrique, l’écart
type entre les trois Vt réellement délivrés mesurés était
de moins de 10 ml. La f igure 1 expose les résultats
avec réglage manuelle de l’altitude cabine. À 1 500 m,
pour un Vt consigne de 700 ml, le volume délivré
était statistiquement significativement différent du Vt
réglé (p = 0,05), mais ne l’était pas pour un Vt consigne
de 400 ml (p = 0,07). À 2 500 m, les écarts entre Vt
Lors d'une EVASAN, l'altitude cabine des aéronefs (ou
pression de rétablissement) est le plus souvent d’environ
1 500 m, et reste généralement inférieure à 2 500 m. Elle
peut sur certains vols militaires atteindre 3 000 m. Nous
avons choisi d’étudier la ventilation à ces trois altitudes
cabines : 1 500, 2 500 et 3 000 m.
Le Laboratoire de médecine aérospatiale de la Direction
générale de l’armement au centre d’essais en vol de
Brétigny dispose d’un caisson d’altitude (caisson
hypobare), permettant de simuler grâce à l’hypobarie des
altitudes cabines. Poumon artificiel et ventilateur ont été
disposés à l’intérieur du caisson. Les trois altitudes
cabines choisies ont été simulées par hypobarie.
Métrologie.
Les mesures de volume courant véritablement
administré (volume délivré) ont été réalisées avec une
chaîne de pneumotachographie comportant un
débitmètre de Fleish (intégré dans la branche inspiratoire
à l'entrée du poumon artificiel), un capteur de pression
406
Figure 1. T-bird VS02 avec correction altimétrique; évolution du volume
délivré en fonction de l’altitude cabine.
j.-p. tourtier
consigne et le volume délivré étaient signif icatifs
(Vt 700 ml : p = 0,003 ; Vt 400 ml : p = 0,009 ; écarts :
-12 %). À 3 000 m, l’écart se majore (Vt 700 ml :
p = 0,002 ; Vt 400 ml : p = 0,004 ; écarts : -15 %). Les
données correspondant aux tests effectués sans correction
de l’altitude sont présentées sur la figure 2. Le volume
délivré diminuait de manière très significative, et ce
dès 1 500 m (écarts : -35 %). Cette différence s’accentuait
encore avec l’altitude, jusqu’à atteindre plus de - 50 %
à 3 000 m (pour les deux Vt réglés).
Figure 2. T-bird VS02 sans correction altimétrique; évolution du volume
délivré en fonction de l’altitude cabine.
Discussion.
Cette étude sur le ventilateur T-bird VS02 montre
que, lors de la ventilation en altitude d’un poumon
normal, il existe une variation négative de plus 12 %
entre le volume de consigne et le volume délivré dés
2 500 m d’altitude. Or, le standard de l’ « American
Society for Testing and Materials » pour le volume
délivré est de ±10 % du volume consigne (6). Le
ventilateur T-bird VS02 ne respecte pas ce cahier des
charges dès 2 500 m. La variation entre volume courant
prescrit et délivré est encore plus importante si l’on
omet de paramétrer l’altitude cabine sur le ventilateur,
l’hypoventilation étant alors majeure. Le principe
de fonctionnement du T-bird VS02 repose sur la
rotation d’une turbine. La turbine est utilisée pour
délivrer directement le débit de gaz au patient. Le
débit inspiratoire est directement lié la vitesse de
rotation de la turbine. L’hypobarie liée à l’altitude
altère ce fonctionnement. L’air étant moins dense
en altitude, la turbine tournant à une vitesse donnée
comprime un volume d’air moins important qu’au
niveau de la mer. Ce phénomène entraîne une diminution
du volume courant. Il est donc nécessaire de corriger
le fonctionnement de la turbine en fonction de l’altitude
afin de suivre au mieux les valeurs de consigne. Cette
précaution n’a pas échappé au constructeur qui a
élaboré un système d’adaptation du fonctionnement de
la turbine en fonction de l’altitude, c’est-à-dire en fonction
de la pression barométrique régnante. Cette correction
ventilation mécanique en altitude simulée : étude du ventilateur T-bird VS02.
altimétrique est manuelle. Or, une étude a été réalisée
au CHU de Rouen sur les complications des transports
intra-hospitaliers (7). La complexité des réglages
des ventilateurs y apparait comme un inconvénient
majeur. En effet, 21 % des transports se sont compliqués de problèmes liés à l'utilisation du ventilateur,
ces incidents étant plus fréquents avec le ventilateur
à turbine qu'avec les ventilateurs pneumatiques
pourtant moins sophistiqués. Il s'agissait essentiellement de simples problèmes de réglage, dont
l’incidence croit avec la complexité du ventilateur.
L’absence de correction altimétrique automatisée sur
le T-bird VS02 nous semble une faiblesse de l’appareil,
d’autant plus dangereuse que la ventilation devient
alors inefficace (8).
De multiples études ont été effectuées en conditions
normobares pour tester sur banc d'essais les ventilateurs
de transport af in de simuler, de façon standardisée
et reproductible, différentes conditions cliniques de
ventilation assistée (9-14). Mais les simulations
en milieux hypobares, contraignantes et coûteuses,
sont rares. Thomas et Brimacombe ont montré qu’à
2 000 m d’altitude le ventilateur Dräger Oxylog 1 000
délivre un volume supérieur de 28 % au Vt de consigne
sur un modèle de poumon normal (15). Plus récemment, Flynn et Singh ont évalué les performances
en hypobarie des ventilateurs Oxylog 1 000, 2 000
et 3 000. Seul le ventilateur Oxylog 3 000, pourvu d’un
capteur de pression barométrique ajustant automatiquement le volume délivré, autorise un écart de
moins de 10 % entre Vt consigne et volume délivré et ce
jusqu’à 3 400 m (16). Rodriquez et al. ont étudié
conjointement les ventilateurs Impact Eagle 754 et
LTV-1 000, sur un modèle de poumon normal.
L’algorithme compensateur de l’Impact 754 permet
de maintenir une dérive de moins de 10 % (jusqu’à
5 100 m). Le LTV-1000 délivre un volume croissant
avec l’altitude, écarté de 12 % de la valeur consigne
à 3 000 m.
Le travail ici présenté a été effectué dans le cadre de la
conception de l’avion d’EVASAN stratégique collective
Morphée (MOdule de Réanimation Pour Haute
Élongation d’Évacuation). Les modules lourds (intensive
care module) de cet avion sanitaire doivent permettre la
prise en charge d’un blessé grave sous ventilation
mécanique. Le choix du ventilateur est crucial. Le T-bird
VS02 n’a pas été retenu, d’une part en raison de ses
performances trop altérées par l’altitude, d’autre part de
par l’absence de correction altimétrique automatique.
Conclusion.
Nous avons testé le fonctionnement du ventilateur
à turbine T-bird VS02 sur un modèle de poumon
normal en altitude simulée de 1 500, 2 500 et 3 000 m.
Une diminution du volume courant délivré de plus
de 10 % existe au delà de 2 500 m malgré le paramétrage manuel de l’altitude cabine. En l’absence de
prise en compte de l’altitude cabine, l’altération du
volume délivré était si importante qu’elle excluait
une ventilation fiable.
407
Cette étude conforte l’idée qu’une formation spécif ique des personnels à l’utilisation de chaque
ventilateur utilisé en EVASAN est nécessaire. Le
ventilateur idéal de transport doit allier hautes
performances, faible encombrement, bonne autonomie
mais aussi ergonomie et simplicité d’utilisation, afin
qu'il puisse être utilisé par tous les médecins convoyeurs
dans des conditions optimales de sécurité.
Remerciements : nous remercions vivement
l’ensemble du personnel du Laboratoire de médecine
aérospatiale de la Direction générale de l’armement au
centre d’essais en vol de Brétigny (LAMAS).
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